UEM 2023 (Verão) — questão 50 de Física

Gabarito 06Hidrostática — submarino: pressão em profundidade, água doce e salgada, flutuação e blindagemVestibular de Verão · Conhecimentos Gerais (somatória)
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 50 de Física do UEM 2023 (Verão)

Enunciado em texto

Considere um submarino como uma casca metálica esférica oca, capaz de atingir até 1000 m de profundidade em alto-mar. Os mecanismos de submersão e emersão consistem em deslocar água para dentro e para fora de um compartimento do submarino, respectivamente. Assinale o que for correto. (Dados: Densidade da água é 1,000 g/cm31{,}000\ \text{g/cm}^3, densidade da água do mar é 1,030 g/cm31{,}030\ \text{g/cm}^3, pressão atmosférica ao nível do mar é 1,013×105 N/m21{,}013 \times 10^5\ \text{N/m}^2, aceleração da gravidade é 9,8 m/s29{,}8\ \text{m/s}^2)

(01) Esse submarino suporta uma pressão de 10 GPa.

(02) Em água não salgada, esse submarino consegue atingir profundidade superior a 1000 m.

(04) A submersão e a emersão do submarino podem ser reguladas pela resultante do empuxo sobre ele e do peso dele.

(08) Caso esse submarino esteja em uma região com presença de campo elétrico não nulo e homogêneo, o campo elétrico observado dentro do submarino será inversamente proporcional à distância das extremidades dessa embarcação.

(16) Submarinos utilizam ondas eletromagnéticas para detectar objetos em alto-mar, empregando sonares.

(Enunciado: Vestibular UEM 2023 (Verão) — 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 limite de pressão do submarino e como ele afunda e emerge.

Passo 1 — a pressão máxima que ele suporta. A 1000 m no mar (Stevin):

p=p0+ρ g hp = p_0 + \rho\,g\,h

ρgh=1030⋅9,8⋅1000\rho g h = 1030 \cdot 9{,}8 \cdot 1000

ρgh≈1,009×107 Pa\rho g h \approx 1{,}009 \times 10^7\ \text{Pa}

p≈1,02×107 Pap \approx 1{,}02 \times 10^7\ \text{Pa}

ou seja, cerca de 10 MPa.

(01) Falsa. O que se sabe é que ele suporta cerca de 10710^7 Pa = 10 MPa. Os 10 GPa (101010^{10} Pa) são mil vezes mais: corresponderiam a quase 1000 km de profundidade, mais que o mar tem.

(02) Verdadeira. Na água doce, menos densa, a pressão cresce mais devagar com a profundidade. Para chegar à mesma pressão máxima:

h=1,009×1071000⋅9,8h = \frac{1{,}009 \times 10^7}{1000 \cdot 9{,}8}

h≈1030 m>1000 mh \approx 1030\ \text{m} > 1000\ \text{m}

(04) Verdadeira. Admitindo água no compartimento, o peso aumenta e supera o empuxo: o submarino afunda. Expulsando a água, o peso diminui, o empuxo vence e ele sobe. É o controle da resultante entre peso e empuxo.

(08) Falsa. O submarino é uma casca metálica fechada: em equilíbrio eletrostático, as cargas do metal se rearranjam e o campo no interior é nulo (blindagem eletrostática, como na gaiola de Faraday).

(16) Falsa. O sonar usa ondas sonoras (mecânicas). Ondas eletromagnéticas, como as de radar, são absorvidas rapidamente pela água do mar.

⚠️ A armadilha: na (01), não conferir a ordem de grandeza: giga é 10910^9, mega é 10610^6. A pressão a 1000 m de profundidade fica na casa dos megapascals.

A ideia em uma frase: o limite do submarino é de pressão; em água menos densa, essa pressão só é atingida mais fundo.

Resposta: soma 06 (02 + 04).

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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