UEM 2018 (Inverno, Conhecimentos Específicos) — questão 15 de Física

Enunciado em texto
Considere uma esfera em repouso, de volume igual a 0,5L, imersa em água por meio de um fio ideal preso ao fundo de um recipiente (conforme figura). Supondo que a esfera seja feita de um único material, podendo eventualmente ser oca na sua parte central, assinale o que for correto.
[Figura: recipiente com água; uma esfera escura totalmente submersa, presa por um fio vertical ao fundo do recipiente.]
(01) Se o fio está tracionado e a densidade do material constituinte da esfera é maior do que a densidade da água, então necessariamente a esfera é oca.
(02) Se o fio está tracionado e a densidade do material constituinte da esfera é menor do que a densidade da água, então necessariamente a esfera é maciça.
(04) Supondo que e que a densidade do material constituinte de uma esfera maciça seja igual a 0,2kg/L, então o módulo da força de tração a que o fio fica submetido é igual a 4N.
(08) O empuxo a que a esfera fica submetida na situação de imersão total independe de a esfera ser oca ou maciça.
(16) O empuxo a que a esfera fica submetida na situação de imersão total independe do valor da densidade do material constituinte da esfera.
(Enunciado e figura: Vestibular UEM 2018 (Inverno), Conhecimentos Específicos — UEM/CVU.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Maringá (UEM), Comissão Central do Vestibular Unificado (CVU).
Resolução comentada
O que a questão pede: analisar o equilíbrio da esfera presa ao fundo.
Passo 1 — o equilíbrio. O fio, preso ao fundo, só pode puxar a esfera para baixo. Então o empuxo equilibra peso e tração:
Fio tracionado () significa : a densidade média da esfera é menor que a da água.
(01) Verdadeira. Se o material é mais denso que a água, uma esfera maciça afundaria (). Para a densidade média ficar menor que a da água, ela tem de ter uma parte oca.
(02) Falsa. Material menos denso que a água já garante densidade média menor, seja a esfera maciça, seja oca. Nada obriga a ser maciça.
(04) Verdadeira. Massa: kg, peso 1 N. Empuxo (água: 1 kg/L):
(08) Verdadeira. O empuxo é : depende só do volume deslocado (o volume externo, 0,5 L), não do que há dentro.
(16) Verdadeira. Pelo mesmo motivo: a densidade do material afeta o peso, não o empuxo.
⚠️ A armadilha: a (02). “Menos densa que a água” já basta para flutuar; ser oca só deixaria a esfera ainda mais leve, sem atrapalhar o equilíbrio.
A ideia em uma frase: empuxo depende só do volume submerso e do líquido; quem decide se a esfera sobe ou afunda é a densidade média dela.
Resposta: soma 29 (01 + 04 + 08 + 16).
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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