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Fuvest 2023 · Segunda fase · Questão 3 · Discursiva

Física · Empuxo e princípio de Arquimedes, Teorema de Stevin, Equação dos gases ideais

Considere um mergulhador em um lago de águas calmas.

  1. Esse mergulhador possui massa de 75 kg e volume corporal de 70 L. Para um mergulho, ele acopla a si um cilindro de ar de 15 kg e volume de 10 L. Estando completamente imersos na água (mergulhador e cilindro), o mergulhador para de nadar. Ele afundará ou subirá até a superfície? Justifique sua resposta.
  2. Durante um mergulho, o mergulhador consulta seu manômetro de pulso e verifica que a pressão absoluta local é de 2,0 atm. A que profundidade o mergulhador está?

  3. Finalmente, considere que o mergulhador está no fundo do lago, onde a temperatura da água é de 7∘^\circC e a pressão é de 2,8 atm. Ele produz uma bolha de ar volume V1, que sobe em direção à superfície. Quando a bolha houver subido até a iminência de atingir a superfície, onde a temperatura da água é 27∘^\circC, seu volume será V0. Determine a razão V0V1\frac{V_{0}}{V_{1}}.

    Note e adote:

    A densidade da água é de 1,0 kg/L.

    Adote como aceleração da gravidade o valor 10 m/s2 e como densidade da água o valor 1,0⋅103kg/m31,0 \cdot 10^{3} kg/m^{3} e utilize 1,0 atm=1,0⋅105Pa1,0 \ atm = 1,0 \cdot 10^{5} Pa. Trate o ar na bolha como um gás ideal e suponha que não escape ar da bolha durante a subida.

Resposta