PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 20 do IME 2025

Para simular o protótipo de um navio, um engenheiro constrói um prisma reto, com seção reta no formato de um triângulo equilátero, a partir de quatro chapas metálicas (duas triangulares de lado L, duas retangulares 6L \times L) e uma chapa retangular superior de massa desprezível e dimensões 6L \times L. A estrutura encontra-se bem vedada e contém ar em seu interior. Uma carga cúbica de aresta 0{,}5L é fixada simetricamente sobre o prisma e em conformidade com as figuras. Em seguida, a estrutura (prisma + carga) é colocada numa piscina, afundando h.
Dados:
• massa específica superficial das chapas metálicas: 8\ \text{kg/m}^2;
• massa específica volumétrica da carga cúbica: 240\ \text{kg/m}^3;
• massa específica da água: 1000\ \text{kg/m}^3;
• L = 20\ \text{cm};
• \sqrt{3} \simeq 1{,}7;
• \dfrac{6}{5\sqrt{3}} = \dfrac{2\sqrt{3}}{5} \approx 0{,}68.
Supondo que a estrutura flutue de forma equilibrada, o valor de h, em centímetros, pode ser arredondado para:
- A8
- B10
- C12
- D14
- E16
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Resolução comentada
O corpo flutua quando o peso total iguala o empuxo, que é o peso da água deslocada. Calculamos primeiro a massa.
- Chapas metálicas: duas triangulares de lado L = 0{,}2\ \text{m}, cada uma com área \frac{\sqrt3}{4}L^2 = \frac{1{,}7}{4}(0{,}04) = 0{,}017\ \text{m}^2. Juntas: 0{,}034\ \text{m}^2.
- Duas retangulares 6L\times L = 1{,}2\times0{,}2 = 0{,}24\ \text{m}^2 cada, ou seja, 0{,}48\ \text{m}^2.
- Área metálica total: 0{,}514\ \text{m}^2. Massa: 8\times0{,}514 \approx 4{,}11\ \text{kg}. A chapa superior tem massa desprezível.
- Carga: aresta 0{,}5L = 0{,}1\ \text{m}, volume 10^{-3}\ \text{m}^3, massa 240\times10^{-3} = 0{,}24\ \text{kg}.
- Massa total: m \approx 4{,}35\ \text{kg}.
A parte submersa é um prisma de comprimento 6L = 1{,}2\ \text{m} cuja seção é um triângulo equilátero menor, de altura h. Esse triângulo tem lado a = \frac{2h}{\sqrt3} e área \frac{a h}{2} = \frac{h^2}{\sqrt3}.
Volume deslocado: V = 1{,}2\,\frac{h^2}{\sqrt3}.
Equilíbrio: 1000\cdot 1{,}2\,\frac{h^2}{1{,}7} = 4{,}35
h^2 = \frac{4{,}35\times1{,}7}{1200} \approx 0{,}00616\ \text{m}^2
h \approx 0{,}0785\ \text{m} \approx 7{,}9\ \text{cm}.
Arredondando, h \approx 8\ \text{cm}. Isso é menor que a altura total do triângulo (\approx 17{,}3\ \text{cm}), então a hipótese de flutuação parcial é válida.
Alternativa A.
Por que as outras alternativas estão erradas
- BResultado típico de usar a área da seção errada ou esquecer a massa de parte das chapas.
- CNão corresponde ao equilíbrio entre peso e empuxo; superestima o volume submerso.
- DValor sem relação com o cálculo; ignora que o volume submerso cresce com h^2.
- ETrata o volume submerso como linear em h ou ignora a dependência quadrática.
Assuntos: Empuxo e princípio de Arquimedes, Equilíbrio do ponto material.
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Fonte: IME 2025 · Prova objetiva. Prova oficial ↗