Para impedir que a pressão interna de uma panela de pressão ultrapasse um certo valor, em sua tampa há um…

Questão

Para impedir que a pressão interna de uma panela de pressão ultrapasse um certo valor, em sua tampa há um dispositivo formado por um pino acoplado a um tubo cilíndrico, como esquematizado na figura ao lado. Enquanto a força resultante sobre o pino for dirigida para baixo, a panela está perfeitamente vedada. Considere o diâmetro interno do tubo cilíndrico igual a 4 mm e a massa do pino igual a 48 g. Na situação em que apenas a força gravitacional, a pressão atmosférica e a exercida pelos gases na panela atuam no pino, a pressão absoluta máxima no interior da panela é [FUVEST 2015 - Questão 57] FUVEST - 2015

1. A) 1,1 atm
2. B) 1,2 atm
3. C) 1,4 atm
4. D) 1,8 atm
5. E) 2,2 atm

✅ Resposta correta: alternativa C

Resolução passo a passo

1. Identifique as forças sobre o pino. Para baixo atuam o peso do pino e a pressão atmosférica sobre a parte superior. Para cima atua a força dos gases no interior da panela, que age sobre a área da seção do tubo. A panela continua vedada enquanto a resultante for para baixo, então o limite ocorre quando as duas forças se igualam. Passo 2: Escreva a condição limite: P_interna x A = P_atm x A + m x g, ou seja, P_interna = P_atm + m x g / A. Passo 3: Calcule o peso do pino. A massa é 48 g = 0,048 kg, e com g = 10 m/s^2 o peso vale 0,48 N. Passo 4: Calcule a área da seção do tubo. O diâmetro é 4 mm, logo o raio é 2 mm = 2 x 10^-3 m e A = pi x r^2 = 3,14 x 4 x 10^-6 ≈ 1,26 x 10^-5 m^2. Passo 5: Calcule a pressão adicional devida ao peso: m x g / A = 0,48 / 1,26 x 10^-5 ≈ 3,8 x 10^4 Pa. Passo 6: Some à pressão atmosférica, que vale cerca de 1,0 x 10^5 Pa: P_interna máxima ≈ 1,0 x 10^5 + 0,38 x 10^5 ≈ 1,38 x 10^5 Pa. Passo 7: Converta para atm, dividindo por 1,0 x 10^5 Pa: cerca de 1,4 atm, que corresponde à alternativa C. Por que as outras estão erradas: a A e a B resultam de cálculos da área do tubo ou da pressão do pino feitos com valores incorretos; a D soma a pressão atmosférica a uma pressão do pino superestimada; a E trata a pressão atmosférica como se atuasse duas vezes ou no mesmo sentido dos gases internos.

💡 Dica: Calcule a força peso do pino e a área do tubo para determinar a pressão máxima.

Alternativa por alternativa

Raio-X da questão

Questões parecidas com resolução

• Considere agora um outro experimento feito em condições semelhantes, em que o manômetro indica uma pressão de 5 atm e…
• Uma garrafa tem um cilindro afixado em sua boca, no qual um êmbolo pode se movimentar sem atrito, mantendo constante a…
• Por que um simples aparelho de cozinha pode se tornar uma bomba de vapor? Ao preparar um ensopado, uma família utiliza…
• Um extintor de incêndio cilíndrico, contendo CO2, possui um medidor de pressão interna que, inicialmente, indica 200…
• Um grão de milho de pipoca, visto a olho nu, apresenta duas regiões distintas, representadas por A e B na figura. Em A…
• O pêndulo de um relógio é constituído por uma haste rígida com um disco de metal preso em uma de suas extremidades. O…