Ano 2022#Termodinamica e Hidrostatica - Dilatacao termica volumetrica e empuxo#fase2#discursiva

Sobre o tema

A dilatação térmica volumétrica é um fenômeno que altera o volume de um material com a variação de temperatura, afetando diretamente sua densidade. Quando um objeto homogêneo flutua em um líquido, como um cubo em água, o equilíbrio hidrostático depende da densidade relativa entre o objeto e o fluido. Se a água é aquecida, seu volume aumenta e a densidade diminui, enquanto o cubo também pode dilatar, mas a taxas diferentes. Compreender como essas variações influenciam o empuxo e a profundidade de imersão é essencial em problemas de termodinâmica e hidrostática, especialmente em sistemas que envolvem aquecimento controlado, como o descrito com resistores elétricos.

Tópicos relacionados

  • Dilatação térmica volumétrica
  • Empuxo e densidade
  • Princípio de Arquimedes
  • Calorimetria e potência elétrica
  • Efeito da temperatura na flutuação

Enunciado

Um cubo, confeccionado com material volumetricamente homogeneo, foi colocado em um pequeno tanque com 38,75 litros de agua a 15 graus Celsius. O cubo encontra-se a mesma temperatura da agua e flutuando, conforme ilustrado na figura. O tanque possui um sistema de aquecimento eletrico (circuito com resistencia de 10 ohms em serie com resistencia de 2 ohms, tensao de 120 V) que permite elevar a temperatura da agua. Em determinado instante, a chave S do sistema de aquecimento e fechada por 35 minutos.

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Perguntas frequentes

Como a dilatação térmica afeta o empuxo sobre um corpo flutuante?

O empuxo depende da densidade do fluido. Ao aquecer a água, ela se expande, reduzindo sua densidade. Isso diminui o empuxo, fazendo o corpo afundar mais, a menos que o corpo também se expanda proporcionalmente.

O que acontece com um cubo flutuante quando a água é aquecida?

Se o cubo tem coeficiente de dilatação diferente da água, a flutuação se altera. Geralmente, a água diminui de densidade, então o cubo tende a submergir mais, a menos que o cubo dilate mais que a água.

Como calcular a potência dissipada em um circuito de resistores em série?

A potência dissipada é P = V² / R_eq, onde R_eq é a resistência equivalente total. No caso de dois resistores em série, R_eq = R1 + R2. Com tensão de 120 V e R_eq de 12 ohms, a potência é 1200 W.

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