Densidade
A densidade é a massa por unidade de volume: $d=\frac{m}{V}$. A da água é $1\,\text{g/cm}^3=1000\,\text{kg/m}^3$. Conversões úteis: $1\,\text{L}=1000\,\text{cm}^3=10^{-3}\,\text{m}^3$, e $1$ L de água tem massa de $1$ kg.
F121ª série do Ensino Médio10 exercíciosSimulador autoral
Por que um navio de aço flutua e uma moeda afunda? Por que o ouvido dói no fundo da piscina? A hidrostática responde com poucas ideias: densidade, pressão e empuxo. No simulador, você escolhe o líquido e a densidade de um bloco, vê se ele flutua ou afunda e mede a pressão em qualquer profundidade.
Antes, convém saber: Forças e leis de Newton, Dinâmica: aplicações das leis de Newton
A densidade é a massa por unidade de volume: $d=\frac{m}{V}$. A da água é $1\,\text{g/cm}^3=1000\,\text{kg/m}^3$. Conversões úteis: $1\,\text{L}=1000\,\text{cm}^3=10^{-3}\,\text{m}^3$, e $1$ L de água tem massa de $1$ kg.
Pressão é força distribuída numa área: $p=\frac{F}{A}$, em pascals ($1\,\text{Pa}=1\,\text{N/m}^2$). A mesma força numa área menor dá pressão maior: é por isso que a faca afiada corta e o salto fino afunda na grama. A pressão atmosférica ao nível do mar vale cerca de $1\,\text{atm}\approx10^5$ Pa.
Num líquido em repouso, a pressão cresce com a profundidade: $p=p_{\text{atm}}+d\,g\,h$. Na água, cada $10$ m de profundidade somam cerca de $1$ atm. Pontos à mesma profundidade de um mesmo líquido em repouso têm a mesma pressão, qualquer que seja a forma do recipiente: é o princípio dos vasos comunicantes.
Um acréscimo de pressão num ponto de um líquido em equilíbrio se transmite integralmente a todos os pontos. Na prensa hidráulica, $\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2}$: uma força pequena no pistão menor equilibra uma força grande no maior. Não há energia de graça: o pistão menor percorre uma distância maior, e o trabalho é o mesmo dos dois lados.
Todo corpo mergulhado num líquido recebe uma força vertical para cima igual ao peso do líquido deslocado: $E=d_{\text{líq}}\,V_{\text{sub}}\,g$. Repare: entra a densidade do líquido e o volume submerso. O peso aparente de um corpo totalmente submerso é $P-E$.
Basta comparar densidades. Se $d_{\text{corpo}}<d_{\text{líq}}$, o corpo flutua com $E=P$, e a fração submersa é $\frac{V_{\text{sub}}}{V}=\frac{d_{\text{corpo}}}{d_{\text{líq}}}$. Se as densidades são iguais, o corpo fica em equilíbrio em qualquer profundidade. Se $d_{\text{corpo}}>d_{\text{líq}}$, afunda. O navio flutua porque sua densidade média (aço mais o ar do casco) é menor que a da água.
Carregando o simulador…
Abrir só o simulador em outra aba · feito em HTML pelo Prof. Luis Teixeira
Um bloco de madeira de densidade $0{,}6\,\text{g/cm}^3$ e volume $2$ L flutua em água. Que fração dele fica submersa? Quanto vale o empuxo?
Numa prensa hidráulica, o pistão menor tem área de $10\,\text{cm}^2$ e o maior, de $500\,\text{cm}^2$. Que força no pistão menor equilibra um carro de $1000$ kg sobre o maior? Se o carro subir $2$ cm, quanto desce o pistão menor?
Resolva no papel antes de abrir a resposta. Conferir cedo demais atrapalha o aprendizado.
Qual a massa de $2$ L de óleo de densidade $0{,}8\,\text{g/cm}^3$?
Uma pessoa de $60$ kg está em pé. A área de contato dos dois pés com o chão é $0{,}04\,\text{m}^2$. Qual a pressão sobre o chão?
Qual a pressão a $30$ m de profundidade no mar? ($d\approx1000\,\text{kg/m}^3$; $p_{\text{atm}}=10^5$ Pa)
Um objeto de $5$ L de volume está totalmente mergulhado em água. Qual o empuxo sobre ele?
Numa prensa hidráulica, os pistões têm áreas de $20\,\text{cm}^2$ e $800\,\text{cm}^2$. Que força no pistão menor equilibra $4000$ N no maior?
Um bloco de gelo ($0{,}9\,\text{g/cm}^3$) flutua em água. Que fração do bloco fica fora da água?
Uma pedra de $3$ kg tem volume de $1$ L. Qual o seu peso aparente quando totalmente mergulhada em água?
Qual a diferença de pressão entre a superfície e o fundo de uma piscina de $2$ m de profundidade?
Uma coroa pesa $10$ N no ar e $9{,}5$ N quando totalmente mergulhada em água. Qual o seu volume e a sua densidade? Ela pode ser de ouro maciço ($19{,}3\,\text{g/cm}^3$)?
Um tubo em U contém água. Num dos ramos, despeja-se óleo ($0{,}8\,\text{g/cm}^3$), formando uma coluna de $20$ cm acima da superfície de separação. Que altura de água fica acima desse nível no outro ramo?
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