UNESP 2016 (meio de ano) — questão 78 de Física

Enunciado em texto
Um filhote de cachorro cochila dentro de uma semiesfera de plástico de raio 10 cm, a qual flutua em uma piscina de águas paradas, totalmente submersa e em equilíbrio, sem que a água entre nela.
[Figura (fora de escala): uma semiesfera aberta para cima, com o cachorro deitado dentro, flutuando com a borda exatamente no nível da água. Uma cota de 10 cm vai do centro da borda até a beirada (o raio).]
Desprezando a massa da semiesfera, considerando a densidade da água da piscina igual a kg/m³, g = 10 m/s², π = 3 e sabendo que o volume de uma esfera de raio R é dado pela expressão , é correto afirmar que a massa do cachorro, em kg, é igual a
(A) 2,5.
(B) 2,0.
(C) 3,0.
(D) 3,5.
(E) 4,0.
(Enunciado e figura: Vestibular Unesp 2016, meio de ano — Unesp/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual Paulista (Unesp) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: a massa do cachorro, sabendo que ele e a semiesfera (sem massa) flutuam com a semiesfera inteira debaixo d’água até a borda.
Passo 1 — o volume submerso. A parte submersa é a semiesfera inteira, metade de uma esfera de raio R = 0,1 m:
Passo 2 — o empuxo (princípio de Arquimedes: peso da água deslocada):
Passo 3 — o equilíbrio. A semiesfera não tem massa, então o único peso é o do cachorro, e ele é equilibrado pelo empuxo:
Conferindo: 2 L de água (2 × 10⁻³ m³) têm massa de 2 kg. O cachorro “desloca” exatamente o volume de água que tem a sua massa.
⚠️ A armadilha: usar o volume da esfera inteira (4 × 10⁻³ m³) e responder 4,0 kg (alternativa E). Só a semiesfera está na água.
A ideia em uma frase: quem flutua tem peso igual ao empuxo: a massa do cachorro é a massa de água que cabe na semiesfera.
Resposta: alternativa B (2,0 kg).
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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