FMJ 2018 — questão 56 de Física

Enunciado em texto
Um cilindro maciço de volume constante está totalmente imerso em água quando começa a ser puxado verticalmente para cima por meio de um fio ideal, até sua emersão completa.
[Figura: uma mão segura um fio vertical que desce até um cilindro totalmente mergulhado na água de um béquer.]
A intensidade da força de tração no fio varia em função do tempo conforme o gráfico. No instante , o cilindro inicia a saída da água e, no instante , ele sai por completo.
[Gráfico: T (N) em função de t (s). A tração vale 40 N (constante) até ; entre e cresce em linha reta; a partir de fica constante em 120 N.]
Considere que g = 10 m/s², que a densidade da água é igual 10³ kg/m³ e que a resistência imposta pelo ar e pela água são desprezíveis. Se durante todo o tempo o movimento do cilindro é retilíneo e uniforme, seu volume é igual a
(A) .
(B) .
(C) .
(D) .
(E) .
(Enunciado e figura: Vestibular FMJ 2018, Medicina, Prova II — FMJ/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Faculdade de Medicina de Jundiaí (FMJ) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: o volume do cilindro, a partir das trações lidas no gráfico.
Passo 1 — movimento uniforme é equilíbrio. Velocidade constante significa força resultante nula em todos os trechos.
Passo 2 — depois de (fora da água): só a tração e o peso atuam. Logo:
Passo 3 — antes de (totalmente submerso): além do peso, a água empurra para cima com o empuxo E. A tração e o empuxo, juntos, equilibram o peso:
Passo 4 — do empuxo ao volume. Pelo princípio de Arquimedes, o empuxo é o peso da água deslocada; totalmente imerso, o cilindro desloca o seu próprio volume:
Conferindo: entre e a parte submersa diminui e o empuxo cai de 80 N para zero; por isso a tração sobe de 40 N para 120 N. A diferença entre os dois patamares do gráfico é exatamente o empuxo total.
⚠️ A armadilha: usar um dos valores do gráfico como se fosse o empuxo. Com 120 N se chega a m³ (alternativa E) e com 40 N a m³ (alternativa C). O empuxo é a diferença entre as trações fora e dentro da água.
A ideia em uma frase: fora da água o fio segura o peso inteiro; dentro, o empuxo ajuda: a diferença entre as duas trações é o empuxo, e dele sai o volume.
Resposta: alternativa B ().
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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