UFPR 2016 — questão 29 de Física

Enunciado em texto
Uma esfera homogênea e de material pouco denso, com volume de 5,0 cm³, está em repouso, completamente imersa em água. Uma mola, disposta verticalmente, tem uma de suas extremidades presa ao fundo do recipiente e a outra à parte inferior da esfera, conforme figura ao lado. Por ação da esfera, a mola foi deformada em 0,1 cm, em relação ao seu comprimento quando não submetida a nenhuma força deformadora. Considere a densidade da água como 1,0 g/cm³, a aceleração gravitacional como 10 m/s² e a densidade do material do qual a esfera é constituída como 0,1 g/cm³. Com base nas informações apresentadas, assinale a alternativa que apresenta a constante elástica dessa mola.
[Figura: um recipiente com água (rótulo “água”). Uma mola vertical tem a extremidade de baixo presa ao fundo e a de cima presa à parte inferior de uma pequena esfera, que fica totalmente submersa, abaixo da superfície da água.]
A) 0,45 N/cm.
B) 4,5 N/cm.
C) 45 N/cm.
D) 450 N/cm.
E) 4500 N/cm.
(Enunciado e figura: Processo Seletivo UFPR 2016, 1ª fase (Conhecimentos Gerais) — Universidade Federal do Paraná, NC-UFPR.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal do Paraná (UFPR) e ao seu Núcleo de Concursos (NC-UFPR).
Resolução comentada
O que a questão pede: a constante elástica da mola que segura a esfera submersa.
Passo 1 — por que a mola está esticada. A esfera (0,1 g/cm³) é dez vezes menos densa que a água: solta, ela subiria. O empuxo é maior que o peso, e a mola, presa ao fundo, segura a esfera puxando-a para baixo. A mola está esticada.
Passo 2 — as forças. Com :
Passo 3 — equilíbrio. Para cima, o empuxo; para baixo, o peso e a força da mola:
Passo 4 — lei de Hooke. A deformação é 0,1 cm:
Conferindo em gramas: a esfera desloca 5 g de água e pesa 0,5 g; a “sobra” equivale a 4,5 g, ou 0,045 N. Dividido por 0,1 cm: 0,45 N/cm.
⚠️ A armadilha: errar a conversão de volume. Quem trata 5 cm³ como (isso seria 5 litros) acha N, N, força de 45 N e N/cm (alternativa D). As alternativas diferem por potências de 10 justamente para pegar esse deslize: .
A ideia em uma frase: a mola segura a diferença entre empuxo e peso: 0,05 − 0,005 = 0,045 N, esticando 0,1 cm, logo k = 0,45 N/cm.
Resposta: alternativa A (0,45 N/cm).
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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