Dissertativa 3 - 2ª Fase - Física - IME 2021

Um tubo com seção reta interna quadrada de lado b contém dois fluidos incompreensíveis em equilíbrio, separados por um êmbolo, conforme a situação ilustrada na figura. A cavidade em que o êmbolo se desloca, sem atrito, apresenta seção reta interna quadrada de lado $a$. O êmbolo é formado por um material indeformável, com massa, espessura e volume desprezíveis, e encontra-se, inicialmente, na posição superior dentro da cavidade. Em certo instante, a segunda extremidade do tudo é perfeitamente vedada com uma tampa, mantendo o ar confinado com a mesma pressão atmosférica externa.

Dados:

• massa específica do fluido 1 : 1000 kg/m³
• massa específica do fluido 2 : 2000 kg/m³
• pressão atmosférica: P_atm = 10⁵ N/m²
• aceleração da gravidade: g = 10 m/s²
• $a$ = 0,2 m; e 
• b = 0,1 m

Considerando que não ocorrerão mudanças de temperatura nos fluidos e no ar confinado, para que o êmbolo entre em equilíbrio 5,00 cm abaixo da posição inicial, quantos litros do fluido 1 deverão ser inseridos na extremidade aberta do tubo?