Alguns membros da tripulação tentam escapar de um submarino avariado abaixo da superfície. Que força deve ser aplicada a uma escotilha de emergência, de por ,
para abri-la para fora nessa profundidade? Suponha que a massa específica da água do oceano é e que a pressão do ar no interior do submarino é .
Passo 1
Primeiro vamos entender a situação das forças agindo na escotilha do submarino:
Repare que não precisamos considerar a pressão interna de . Por quê? Porque no nível do mar também existe uma pressão atmosférica igual à pressão interna do submarino. Então na real, a diferença entre as pressões interna e externa é só a pressão hidrostática mesmo.
Então, para abrir a escotilha, só precisamos que a força para abri-la seja maior que a força pelo oceano. No caso, a força do oceano é uma força devido à pressão hidrostática da água numa profundidade de . E como podemos achar essa força? Usando:
Onde a pressão pode ser calculada por:
E:
Substituindo na equação da força:
Passo 2
Resposta
A força aplicada deve ser .