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Um reservatório contém um líquido de densidade ρL = 0,8 g/cm3 . Flutuando em equilíbrio hidrostático nesse líquido, há um cilindro com área da base de 400 cm2 e altura de 12 cm. Observa-se que as bases desse cilindro estão paralelas à superfície do líquido e que somente 1/4 da altura desse cilindro encontra-se acima da superfície. Considerando g = 10 m/s2 , assinale a alternativa que apresenta corretamente a densidade do material desse cilindro.

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Resposta:

A alternativa correta é letra D

Vamos primeiramente determinar o volume deste cilindro. Para isso, vamos utilizar a seguinte expressão:

V = A*h
Donde V é o volume do cilindro, A é a área da base e h é a altura.

V = (400 cm²)*(12 cm) = 4800 cm³

Agora, vamos fazer o diagrama de corpo livre do cilindro, note que apenas duas forças agem neste sólido, o peso e o empuxo.

E - P = 0
Donde E é o empuxo e P é o peso, o fato da resultante ser zero nos mostra que o corpo está em equilíbrio.

O peso é dado pela seguinte fórmula:

P = mg
Donde P é o peso, m é a massa e g é aceleração da gravidade.

Já o empuxo:

E =  ρLVdg
Donde E é o empuxo,  ρL é a densidade do líquido, Vd é o volume deslocado no líquido e g é a aceleração da gravidade.


ρLVdg - mg = 0                        (1)

Mas, não conhecemos a massa do cilindro, então vamos obter uma equação equivalente a massa:

ρ = m/V => m = ρV
Donde ρ é a densidade, m é a massa e V é o volume.

Logo, podemos escrever a equação (1) da seguinte forma:

ρ
LVdg - ρVg = 0

O nosso objetivo é descobrir ρ, para isso vamos isolá-lo da expressão acima:

ρVg = ρ
LVdg => ρV = ρLVd => ρ = ρLVd/V

Do enunciado temos que apenas 1/4 do volume está acima do líquido, e assim, 3/4 está submerso. Logo, temos que Vd = (3/4)V, donde V é o volume do cilindro.

ρ = ρLVd/V = (0,8 g/cm³)[(3/4)(4800 cm³)]/(4800 cm³) = 0,6 g/cm³

Alternativa D)

 
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