UNICAMP 2005 (2ª fase) — questão 7 de Física

Enunciado em texto
Durante uma tempestade de 20 minutos, 10 mm de chuva caíram sobre uma região cuja área total é 100 km.
a) Sendo que a densidade da água é de 1,0 g/cm, qual a massa de água que caiu?
b) A partir de uma estimativa do volume de uma gota de chuva, calcule o número médio de gotas que caem em 1 m durante 1 s.
(Enunciado: Vestibular Unicamp 2005, 2ª fase — Comvest/Unicamp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à UNICAMP.
Resolução comentada
O que a questão pede: (a) a massa total de água da chuva; (b) estimando o tamanho de uma gota, quantas gotas caem por metro quadrado a cada segundo.
Item (a) — volume da chuva. “10 mm de chuva” quer dizer que a água acumulada formaria uma camada de 10 mm m de altura sobre toda a área. A área: 100 km² m² m². A densidade: 1,0 g/cm³ kg/m³.
Um milhão de toneladas de água em 20 minutos.
Item (b) — estimar uma gota. Uma gota de chuva grossa tem raio de cerca de 2 mm. Tratando-a como esfera (com ):
Quanta água cai em 1 m² por segundo. Em cada metro quadrado caem m³ de água (a camada de 10 mm), ao longo de s:
São cerca de 250 gotas por metro quadrado a cada segundo. A banca faz o mesmo caminho pela massa total: gotas, divididas por m² e por 1200 s, e chega a 250. Como é estimativa, vale a ordem de grandeza: com gotas de 1 mm de raio, por exemplo, o número fica perto de 2 000.
⚠️ A armadilha: converter a área errado: 1 km² m², e não . Com o erro, a massa sai mil vezes menor. No item (b), o tamanho da gota entra ao cubo: errar o raio por um fator 2 muda o resultado por um fator 8.
A ideia em uma frase: a altura da chuva vezes a área dá o volume; dividir a água que cai por segundo em cada metro quadrado pelo volume de uma gota dá o número de gotas.
Resposta: (a) kg; (b) cerca de gotas por m² por segundo (com gotas de raio ≈ 2 mm).
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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