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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 57 do ENEM 2013

1º dia · Ciências da Natureza · H18 · Física: Pressão hidrostática: Stevin e Pascal

Para realizar um experimento com uma garrafa PET cheia d´água, perfurou-se a lateral da garrafa em três posições a diferentes alturas. Com a garrafa tampada, a água não vazou por nenhum dos orifícios, e, com a garrafa destampada, observou-se o escoamento da água conforme ilustrado na figura.

Ilustração de uma garrafa PET destampada e cheia d'água apoiada sobre uma superfície plana. Na lateral esquerda inferior, três orifícios dispostos verticalmente a diferentes alturas expelem jatos d'água em trajetórias parabólicas até a superfície.

Como a pressão atmosférica interfere no escoamento da água, nas situações com a garrafa tampada e destampada, respectivamente?

  1. A
    Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; não muda a velocidade de escoamento, que só depende da pressão da coluna de água.
  2. B
    Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; altera a velocidade de escoamento, que é proporcional à pressão atmosférica na altura do furo.
  3. C
    Impede a entrada de ar, por ser menor que a pressão interna; altera a velocidade de escoamento, que é proporcional à pressão atmosférica na altura do furo.
  4. D
    Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; regula a velocidade de escoamento, que só depende da pressão atmosférica.
  5. E
    Impede a entrada de ar, por ser menor que a pressão interna; não muda a velocidade de escoamento, que só depende da pressão da coluna de água.
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Resolução comentada

Conceito: em um ponto de um líquido em repouso, a pressão é P = P_{\text{gás}} + \rho g h. Na saída de um orifício, o líquido só escoa se a pressão interna nesse ponto superar a pressão externa, que é a atmosférica.

Garrafa tampada:

  1. Ao sair um pouco de água, o volume de ar preso sob a tampa aumenta e sua pressão diminui, ficando abaixo da atmosférica.
  2. Assim, na altura do furo, a pressão interna (ar + coluna de água) fica menor ou igual à pressão atmosférica externa.
  3. A pressão atmosférica, maior que a interna, empurra o líquido para dentro e impede a saída de água.

Garrafa destampada:

  1. A pressão atmosférica atua igualmente na superfície livre da água, no alto da garrafa, e na saída de cada furo.
  2. Esses dois efeitos se cancelam. O que resta como diferença de pressão é a da coluna de água, \rho g h.
  3. Pela equação de Torricelli, v=\sqrt{2gh}, a velocidade depende só da profundidade do furo. Por isso o jato do furo mais baixo é mais forte, como mostra a figura. A pressão atmosférica não altera a velocidade.

Portanto: tampada, a pressão atmosférica impede a saída de água por ser maior que a interna; destampada, ela não muda a velocidade, que depende só da coluna de água.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • Bdiz que a velocidade é proporcional à pressão atmosférica, mas ela age dos dois lados e se cancela.
  • Ca pressão atmosférica não é menor que a interna com a garrafa tampada, e a velocidade não é proporcional a ela.
  • Da velocidade não depende só da pressão atmosférica, e sim da coluna de água.
  • Efala em impedir entrada de ar por ser menor que a interna, o que inverte a relação de pressões na garrafa tampada.

Assuntos: Pressão hidrostática: Stevin e Pascal, Hidrodinâmica: vazão e Bernoulli.

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