Exercícios de vestibulares sobre Experiência de Torricelli e Vasos comunicantes com líquidos imiscíveis em equilíbrio
Exercícios de vestibulares sobre
Experiência de Torricelli e Vasos comunicantes com líquidos imiscíveis em equilíbrio
01-(FGV) As figuras a seguir mostram um conta-gotas sendo abastecido:
a) Por que aparecem bolhas como mostra a figura 2?
b) Por que a água entra no conta-gotas como mostram as figuras 3 e 4?
02-(UFSCAR-SP) Na garrafa térmica representada pela figura, uma pequena sanfona de borracha (fole), ao ser pressionada suavemente, empurra o ar contido em seu interior, sem impedimentos, para dentro do bulbo de vidro, onde um tubo vertical ligando o fundo do recipiente à base da tampa permite a retirada do líquido contido na garrafa.
Considere que o fole está pressionado em uma posição fixa e o líquido está estacionado no interior do tubo vertical próximo à saída. Pode-se dizer que, nessas condições, as pressões nos pontos 1, 2, 3 e 4 relacionam-se por
03-(UFRS-RS) A atmosfera terrestre é uma imensa camada de ar, com dezenas de quilômetros de altura, que exerce uma pressão sobre os corpos nela mergulhados: a pressão atmosférica.
O físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647), usando um tubo de vidro com cerca de 1 m de comprimento completamente cheio de mercúrio, demonstrou que a pressão atmosférica ao nível do mar equivale à pressão exercida por uma coluna de mercúrio de 76 cm de altura. O dispositivo utilizado por Torricelli era, portanto, um tipo de barômetro, isto é, um aparelho capaz de medir a pressão atmosférica.
A esse respeito, considere as seguintes afirmações.
I – Se a experiência de Torricelli for realizada no cume de uma montanha muito alta, a altura da coluna de mercúrio será maior que ao nível do mar.
II – Se a experiência de Torricelli for realizada ao nível do mar, porém com água, cuja densidade é cerca de 13,6 vezes menor que a do mercúrio, a altura da coluna de água será aproximadamente igual a 10,3 m.
III – Barômetros como o de Torricelli permitem, através da medida da pressão atmosférica, determinar a altitude de um lugar.
Quais estão corretas?
a) Apenas I.
b) Apenas II.
c) Apenas I e II.
d) Apenas II e III.
e) I, II e III.
04-(UEG-GO) Uma maneira de observar a pressão exercida por uma “coluna de líquido” é efetuar orifícios numa garrafa plástica de dois litros (como as de refrigerante) e enchê-las de água. A seguir, são apresentadas três situações experimentais bem simples.
Tendo em vista as informações apresentadas, é INCORRETO afirmar:
a) Na situação (I), com a garrafa tampada, a água não escoará, enquanto com a garrafa aberta a água jorrará pelo orifício.
b) Na situação (II), com a boca da garrafa totalmente tampada, a água não escoará pelos orifícios, porém, retirando-se a tampa, a água jorrará pelos dois orifícios.
c) Na situação (III), com a garrafa aberta, a água jorrará com menor velocidade pelo orifício superior do que pelo orifício inferior.
d) Na situação (III), tampando-se a boca da garrafa, a água jorrará apenas pelo orifício superior.
05-(PUC-PR) Algumas pessoas que pretendem fazer um piquenique param no armazém no pé de uma montanha e compram comida, incluindo sacos de salgadinhos.
Elas sobem a montanha até o local do piquenique. Quando descarregam o alimento, observam que os sacos de salgadinhos estão inflados como balões. Por que isso ocorre?
a) Porque, quando os sacos são levados para cima da montanha, a pressão atmosférica nos sacos é aumentada.
b) Porque a diferença entre a pressão do ar dentro dos sacos e a pressão reduzida fora deles gera uma força resultante que empurra o plástico do saco para fora.
c) Porque a pressão atmosférica no pé da montanha é menor que no alto da montanha.
d) Porque quanto maior a altitude maior a pressão.
e) Porque a diferença entre a pressão do ar dentro dos sacos e a pressão aumentada fora deles gera uma força resultante que empurra o plástico para dentro.
06-(UnB-DF) Ao nível do mar, o experimento de Torricelli para medir a pressão atmosférica usando o mercúrio metálico, cuja densidade é igual a 13,6g/cm3, apresenta uma coluna de mercúrio de 76cm.
Em um local de Brasília, situado 1.000m acima do nível do mar, o mesmo experimento apresenta uma coluna de mercúrio igual a 67cm. Calcule, em decímetros, a altura da coluna nesse local de Brasília se, em vez do mercúrio metálico, fosse usado o mercurocromo, cuja densidade é igual a 0,99g/cm3. Despreze a parte fracionária de seu resultado, caso exista. (considere g=9,8m/s2).
07- (Acafe-Se) Em Camboriú, a pressão atmosférica equivale a 76 cmHg e a água ferve a 100°C. Em,
relação a Camboriú,no Pico da Neblina, ponto culminante do Brasil, a pressão atmosférica e o ponto de ebulição da água são, respectivamente:
a) menor e menor.
b) maior e maior
c) maior e menor.
d) menor e maior.
e) igual e igual.
08-(UECE) Determine, aproximadamente, a altura da atmosfera terrestre se a densidade do ar fosse
constante e igual a 1,3 kg/m3. Considere g = 10,0 m/s2 e a pressão atmosférica ao nível do mar igual a 1,0 × 105 N/m2.
09-(PUCCAMP-SP) O cientista John Dalton é bastante conhecido elas suas contribuições para a Química e a Física. Descreveu a forma e o uso de vários instrumentos de meteorologia, fazendo
considerações sobre a variação da altura barométrica. Além disso, Dalton descreveu uma doença hereditária que o impossibilitava de distinguir a cor verde da vermelha. Essa doença hereditária, causada por um alelo recessivo ligado ao cromossomo X, recebeu o nome de daltonismo.
Para medir pequenos valores de altitudes pode-se utilizar um barômetro fazendo a seguinte correspondência: para cada 100 m de altitude acima do nível do mar, 1,0 cm de mercúrio a menos na leitura do barômetro. Suponha um barômetro no qual se substitua o mercúrio por outro líquido com 1/4 da densidade do mercúrio, e que se leve esse barômetro a uma cidade a 900 m acima do nível do mar. Nessas condições, a leitura desse barômetro seria, em metros desse outro líquido, igual a
Dado: pressão atmosférica ao nível do mar = 76 cm Hg
10-(UEL-PR) Uma sala tem as seguintes dimensões: 4,0m x 5,0m x 3,0m. A densidade do ar é de
1,2kg/m3 e a aceleração da gravidade vale 10m/s2. O peso do ar na sala, em newtons, é de:
11-(UFRJ-RJ) Aristóteles acreditava que a natureza tinha horror ao vácuo. Assim, segundo Aristóteles, num tubo como o da figura, onde se produzisse o vácuo pela elevação de um êmbolo, a água subiria até preencher totalmente o espaço vazio. Séculos mais tarde, ao construir os chafarizes
de Florença,os florentinos descobriram que a água recusava-se a subir, por sucção mais do que 10 metros. Perplexos, os construtores pediram a Galileu que explicasse esse fenômeno. Após brincar dizendo que talvez a Natureza não abominasse mais o vácuo acima de 10 metros, Galileu sugeriu que Torricelli e Viviani, então seus alunos, obtivessem a explicação.; como sabemos, eles conseguiram.
Com os conhecimentos de hoje, explique porque a água recusou-se a subir mais que 10 metros.
12-(UNESP) Para realizar a experiência que leva seu nome, Torricelli tomou um tubo de vidro, com cerca de 1m de comprimento, fechou uma das extremidades e encheu-o completamente de mercúrio (figura 1). Tampando a extremidade livre e invertendo o tubo, mergulhou essa extremidade em um recipiente que também continha mercúrio.
Ao destapar o tubo, Torricelli verificou que o nível da coluna líquida descia, até estacionar a uma altura de cerca de 76cm acima do nível do mercúrio no recipiente (figura 2)
Concluiu, então, que a pressão atmosférica, Patm, atuando na superfície do líquido no recipiente, equilibrava a coluna de mercúrio e, portanto, que a pressão atmosférica equivalia à pressão exercida pelo peso da coluna de mercúrio de 76cm.
a) Se essa experiência fosse realizada na Lua, em condições tais que o mercúrio não se solidificasse, toda coluna líquida desceria para o recipiente. Explique por quê.
b) Determine a altura da coluna de mercúrio, imaginando essa experiência realizada num planeta onde a pressão atmosférica fosse 10 vezes menor que a pressão atmosférica na Terra e a aceleração da gravidade na superfície 2,5 vezes, menor que a aceleração da gravidade na Terra. (Suponha: desprezível a variação da massa específica do mercúrio com a gravidade e com a temperatura, dHg=13,6.103kg/m3 e gTerra=10m/s2).
13-(UFRJ-RJ) Para a alegria dos habitantes de Ruão, na França, em 1648 Pascal realizou, em público, várias experiências espetaculares, com o intuito de investigar a pressão atmosférica. No decorrer das experiências verificou-se que a mesma pressão atmosférica que equilibra uma coluna de água de 10m de altura é capaz de equilibrar uma coluna de vinho tinto de 15m de altura.
a) Calcule a razão dágua/dvinho entre as densidades da água (dágua) e do vinho (dvinho).
b) Se o vinho tivesse sido fornecido por um comerciante desonesto, que lhe acrescentara água, o resultado seria uma coluna de vinho misturado, maior, menor ou igual a 15m? Justifique sua resposta.
14-(PUC-SP) A figura representa um bule transparente de café ao ser tombado para que a bebida seja servida. O bule pode ser considerado como um sistema de vasos comunicantes em que o bico do recipiente comunica-se com o corpo principal.
A respeito da situação, são feitas as afirmativas:
I. Ao tombarmos o bule para servir o café, a superfície livre da bebida fica à mesma altura h em relação à linha de referência do sistema, tanto no bico como no corpo principal do bule, pois a pressão sobre a superfície livre do café é a mesma em ambos os ramos deste sistema de vasos comunicantes.
II. Se o café fosse substituído por óleo, a superfície livre do líquido não ficaria a uma mesma altura h em relação à linha de referência do sistema nos dois ramos do bule (bico e corpo principal) pois o óleo é mais denso do que o café.
III. Embora a superfície livre do café fique a uma mesma altura h nos dois ramos do bule, a pressão é maior na superfície do líquido contido no bico, pois este é mais estreito que o corpo principal do bule.
Dessas afirmativas, está correto apenas o que se lê em
15-(PUC-PR) A figura mostra um tubo em U, aberto nas duas extremidades. Esse tubo contém dois líquidos que não se misturam e que têm densidades diferentes. Sejam pM e pNas pressões nos pontos M e N, respectivamente. Esses pontos estão no mesmo nível, como indicado pela linha tracejada, e as densidades dos dois líquidos são tais que dM = 2dN.
Nessas condições, é correto afirmar que:
a) pM = 2pN
b) pM = pN
c) pM > pN
d) pM < pN
e) Nada se pode afirmar a respeito das pressões.
16-(UNIFESP-SP) A figura representa um tubo em U contendo um líquido L e fechado em uma das extremidades, onde está confinado um gás G; A e B são dois pontos no mesmo nível.
Sendo po a pressão atmosférica local, pg a pressão do gás confinado, pA e pB a pressão total nos pontos A e B (pressão devida à coluna líquida somada à pressão que atua na sua superfície), pode-se afirmar que:
17-(UFU-MG) Dois líquidos imiscíveis, de densidades 
‚
, são colocados em um tubo comunicante. Tendo por base essas informações, marque a alternativa que corresponde à situação correta de equilíbrio dos líquidos no tubo.
18-(UNIFESP-SP) O sistema de vasos comunicantes da figura contém água em repouso e simula uma situação que costuma ocorrer em cavernas: o tubo A representa a abertura para o meio ambiente exterior e os tubos B e C representam ambientes fechados, onde o ar está aprisionado.
Sendo PA a pressão atmosférica ambiente, PB e PC as pressões do ar confinado nos ambientes B e C, pode-se afirmar que é válida a relação
a) PA=PB > PC
b) PA > PB=PC
c) PA > PB > PC
d) PB > PA > PC
e) PB > PC > PA
19-(PUC-MG) No diagrama mostrado a seguir, x e y representam dois líquidos não miscíveis e homogêneos, contidos num sistema de vasos comunicantes em equilíbrio hidrostático.
Assinale o valor que mais se aproxima da razão entre as densidades do líquido y em relação ao líquido x.
20-(UNESP-SP) Uma pessoa, com o objetivo de medir a pressão interna de um botijão de gás contendo butano, conecta à válvula do botijão um manômetro em forma de U, contendo mercúrio. Ao abrir o registro R, a pressão do gás provoca um desnível de mercúrio no tubo, como ilustrado na figura.
Considere a pressão atmosférica dada por 105 Pa, o desnível h = 104 cm de Hg e a secção do tubo 2 cm2.
Adotando a massa específica do mercúrio igual a 13,6 g/cm3 e g = 10 m/s2, calcule
a) a pressão do gás, em pascal.
b) a força que o gás aplica na superfície do mercúrio em A.
(Advertência: este experimento é perigoso. Não tente realizá-lo.)
21- (UNESP-SP) O tubo aberto em forma de U da figura contém dois líquidos não miscíveis, A e B, em equilíbrio. As alturas das colunas de A e B, medidas em relação à linha de separação dos dois líquidos, valem 50 cm e 80 cm, respectivamente.
a) Sabendo que a massa específica de A é 2,0 x 103 kg/m3, determine a massa específica do líquido B.
b) Considerando g = 10 m/s2 e a pressão atmosférica igual a 1,0 x 105 N/m2, determine a pressão no interior do tubo na altura da linha de separação dos dois líquidos.
22-(UFSM-RS) A figura representa um tubo em forma de U com água e petróleo, cujas densidades são, respectivamente, 1.000 kg/m3 e 800 kg/m3. Sabendo que h = 4 cm e que a aceleração da gravidade tem módulo 10 m/s2, a pressão causada pelo petróleo, na interface A, vale, em Pa,
23-(UNIFESP-SP) Um fluido A, de massa específica ρA é colocado em um tubo curvo aberto, onde já existe um fluido B, de massa específica ρB. Os fluidos não se misturam e, quando em equilíbrio, B preenche uma parte de altura h do tubo. Neste caso, o desnível entre as superfícies dos fluidos, que se encontram à pressão atmosférica. É de 0,25h. A figura ilustra a situação descrita.
Considerando que as interações entre os fluidos e o tubo sejam desprezíveis, pode-se afirmar que a razão ρB/ρA é
A
24-(UFPE-PE) Um tubo em U, aberto em ambas as extremidades e de seção reta uniforme, contém uma certa quantidade de água. Adiciona-se 500 mL de um líquido imiscível, de densidade d= = 0,8 g/cm3, no ramo da esquerda.
Qual o peso do êmbolo, em newtons, que deve ser colocado no ramo da direita, para que os níveis de água nos dois ramos sejam iguais? Despreze o atrito do êmbolo com as paredes do tubo.
25-(UNIFESP-SP) A figura reproduz o esquema da montagem feita por Robert Boyle para estabelecer a lei dos gases para transformações isotérmicas. Boyle colocou no tubo certa quantidade de mercúrio, até aprisionar um determinado volume de ar no ramo fechado, e igualou os níveis dos dois ramos. Em seguida, passou a acrescentar mais mercúrio no ramo aberto e a medir, no outro ramo, o volume do ar aprisionado (em unidades arbitrárias) e a correspondente pressão pelo desnível da coluna de mercúrio, em polegadas de mercúrio. Na tabela, estão alguns dos dados por ele obtidos, de acordo com a sua publicação “New Experiments Physico-Mechanicall, Touching the Spring of Air, and its Effects”, de 1662.(http://chemed.chem.purdue.edu/gench m/history/)
a) Todos os resultados obtidos por Boyle, com uma pequena aproximação, confirmaram a sua lei. Que resultados foram esses? Justifique.
b) De acordo com os dados da tabela, qual a pressão, em pascal, do ar aprisionado no tubo para o volume de 24 unidades arbitrárias?
Utilize para este cálculo: pressão atmosférica po = 1,0 × 105 pascal; densidade do mercúrio d(Hg) = 14 × 103 kg/m3; g=10m/s2
26-(UFPE) Um tubo em forma de U com seção reta circular igual a 1,0cm2 contém dois líquidos miscíveis A e B, separados por um diafragma preso a um pino, que impede a mistura dos líquidos, como mostra a figura.
As densidades dos dois líquidos são dA=5,0g/cm3 e dB=0,5g/cm3. Qual o módulo da força resultante sobre o diafragma, em unidades de 10-4N, devida apenas às forças exercidas pelos dois líquidos?
27-(ITA-SP) Um vaso comunicante em forma de U possui duas colunas de mesma altura h=42,0 cm, preenchidas com água (dágua=1,0g/cm3) até a metade. Em seguida, adiciona-se óleo de massa específica igual a 0,80g/cm3 a uma das colunas até a coluna estar totalmente preenchida conforme a figura B.
A coluna de óleo terá comprimento de:
a) 14,0cm
b) 16,8cm
c) 28,0cm
d) 35,0cm
e) 37,8cm
28-(FUVEST) Um tubo em forma de U, graduado em centímetros, de pequeno diâmetro, secção constante, aberto nas extremidades, contém dois líquidos I e II, incompressíveis, em equilíbrio, e que não se misturam. A densidade do líquido I é dI = 1.800 kg/m3 e as alturas hI = 20 cm e hII = 60 cm, dos respectivos líquidos, estão representadas na figura.
A pressão atmosférica local vale Po = 105 N/m2.
a) Determine o valor da densidade dII do líquido II.
b) Faça um gráfico quantitativo da pressão P nos líquidos, em função da posição ao longo do tubo, utilizando os eixos desenhados acima. Considere zero (0) o ponto médio da base do tubo; considere valores positivos as marcas no tubo à direita do zero e negativos, à esquerda.
c) Faça um gráfico quantitativo da pressão P’ nos líquidos, em função da posição ao longo do tubo, na situação em que, através de um êmbolo, empurra-se o líquido II até que os níveis dos líquidos nas colunas se igualem, ficando novamente em equilíbrio. Utilize os mesmos eixos do item b.
29-(FUVEST-SP) Um tanque industrial, cilíndrico, com altura total Ho=6,0m, contém em seu interior água até uma altura ho, a uma temperatura de 27°C (300 K).
O tanque possui um pequeno orifício A e, portanto, está à pressão atmosférica Po, como esquematizado em I. No procedimento seguinte, o orifício é fechado, sendo o tanque invertido e aquecido até 87°C (360 K).
Quando o orifício é reaberto, e mantida a temperatura do tanque, parte da água escoa, até que as pressões no orifício se equilibrem, restando no interior do tanque uma altura h1=2,0m de água, como em II.
Determine
a) a pressão P1, em N/m2, no interior do tanque, na situação II.
b) a altura inicial ho da água no tanque, em metros, na situação I.
30-(CFT-MG) O desenho a seguir representa um manômetro de mercúrio de tubo aberto, ligado a um recipiente contendo gás. O mercúrio fica 30 cm mais alto no ramo da direita do que no da esquerda. Quando a pressão atmosférica é 76 cmHg, a pressão absoluta do gás, em cmHg, é
31-(UNIFESP-SP) Um fluido A, de massa específica ρA, é colocado em um tubo curvo aberto, onde já existe um fluido B, de massa específica ρB. Os fluidos não se misturam e, quando em equilíbrio, B preenche uma parte de altura h do tubo. Neste caso, o desnível entre as superfícies dos fluidos, que se encontram à pressão atmosférica, é de 0,25 h. A figura ilustra a situação descrita.
Considerando que as interações entre os fluidos e o tubo sejam desprezíveis, pode-se afirmar que a razão ρB /ρA é
32-(UFF-RJ) Um recipiente transparente é preenchido com água até uma certa altura antes de ser hermeticamente tampado. Uma certa quantidade de ar fica, assim, presa no interior do recipiente e exerce sobre a superfície livre do líquido uma pressão igual à pressão atmosférica po. A figura 1 ilustra a situação descrita.
Em seguida, uma torneira, localizada no fundo do recipiente e com canal de escoamento fino o suficiente para evitar a entrada de
ar, é aberta, deixando que o líquido escoe. Esse escoamento se interrompe espontaneamente quando a superfície livre da água no interior do recipiente está a uma altura H relativa ao nível da torneira, como mostra a figura 2.
a) Determine a pressão exercida pela massa de ar acima da superfície livre da água na situação final de equilíbrio hidrostático, em função da pressão atmosférica local po, da altura H, da densidade da água ρo e da aceleração da gravidade local g.
b) O resultado obtido no item anterior sugere uma experiência simples, capaz de obter a pressão atmosférica local po, através da medida das quantidades H, V e ΔV. O gráfico abaixo mostra os
resultados obtidos nessas experiências quando feitas em duas cidades A e B, localizadas em diferentes altitudes em relação ao nível do mar. Qual das duas cidades está localizada a uma maior altitude? Justifique sua resposta.
33-(UFSM-RS)
Dentro de uma mina de carvão, existe acumulo de água. Para retirar essa água, uma bomba de
sucção e instalada na boca da mina, ao nível do solo. Assim,
a) quanto maior a profundidade da água, maior deve ser a potencia do motor que aciona a bomba.
b) se a profundidade da água é maior do que 11 m, a bomba não retira água da mina.
c) se a profundidade da água é grande, duas ou mais bombas devem ser instaladas em série ao nível do solo.
d) a mesma bomba pode retirar a água em qualquer profundidade, mas, com profundidades maiores, diminui a vazão nas tubulações.
e) a bomba de sucção não pode retirar água da mina, porque só funciona no vácuo.
34-(UFF-RJ)
Um recipiente transparente é preenchido com água até uma certa altura antes de ser hermeticamente tampado. Uma certa quantidade de ar fica, assim, presa no interior do recipiente e exerce sobre a superfície livre do líquido uma pressão igual à pressão atmosférica po. A figura 1 ilustra a situação descrita. Em seguida, uma torneira, localizada no fundo do recipiente e com canal de escoamento fino o suficiente para evitar a entrada de ar, é aberta, deixando que o líquido escoe. Esse escoamento se interrompe espontaneamente quando a superfície livre da água no interior do recipiente está a uma altura H relativa ao nível da torneira, como mostra a figura 2.
a) Determine a pressão exercida pela massa de ar acima da superfície livre da água na situação final de equilíbrio hidrostático, em função da pressão atmosférica local po, da altura H, da densidade da água ρe e da aceleração da gravidade local g.
b) Considere isotérmica a expansão sofrida pela massa de ar interna ao recipiente, durante o processo descrito. Use essa hipótese para determinar outra vez a pressão exercida por essa massa de ar ao final desse processo, agora em função de sua pressão inicial, que era a pressão atmosférica po, do volume V que ocupava inicialmente, e do volume ∆V de líquido escoado.
c) Os resultados obtidos nos itens a) e b) sugerem uma experiência simples, capaz de obter a pressão atmosférica local po, através da medida das quantidades H, V e ∆V. O gráfico abaixo mostra os resultados obtidos nessas experiências quando feitas em duas cidades A
e B, localizadas em diferentes altitudes em relação ao nível domar. Qual das duas cidades está localizada a uma maior altitude? Justifique sua resposta.