O Submarino Nautilus

FB
NO
Ciências da Natureza
e suas Tecnologias
2010
Física
Prof. Douglas Gomes
4
nº
O Submarino
Nautilus
Depois de Fulton, são incontáveis os
submarinos a que foi dado o mesmo nome.
Não apenas por tradição. É a homenagem a um
antepassado dos modernos submarinos. Um
antepassado que os antecedeu em qualquer coisa
como 650 milhões de anos...
O náutilo que inspirou os submarinos é um
animal marinho que vive a cerca de 600 metros de
profundidade e que todas as noites sobe a menos
de 100 metros à procura de comida. Enquanto
outros animais morreriam com a mudança de
pressão, o náutilo suporta-a sem dificuldades.
Pode até viver em águas pouco profundas, em
um aquário, desde que a temperatura não suba
acima dos 27 graus.
“
Em Vinte Mil
Léguas Submarinas,
romance sempre atual,
Júlio Verne descreve o
submersível Nautilus,
construído pelo
prodigioso capitão Nemo.
Mas ainda antes do livro
de Verne, escrito em 1870,
foram construídos vários
“
Ao que se sabe ao certo, o primeiro aparelho
capaz de mergulhar e manobrar debaixo de água,
embora de forma rudimentar, foi construído em
1620, na Inglaterra, pelo holandês Cornelius
Van Drebbel (1572 - 1624). Mas esse aparelho
e os que se seguiram eram apenas curiosidades.
A revolução americana e a Guerra Civil levaram
ao desenvolvimento de submersíveis mais
avançados. Um dos inventores da época, o norteamericano Robert Fulton (1765 - 1815), construiu
em 1800 um submarino com forma de charuto,
como os atuais, com razoável autonomia de
viagem e um sistema de retenção do ar. O nome
desse submarino era precisamente Nautilus.
submersíveis com esse
mesmo nome.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Os náutilos são moluscos muito curiosos.
reinaram no paleozoico, competindo com outros
invertebrados e com as trilobites. Sobreviveram
até a atualidade, com seis espécies que povoam
as águas tropicais do Pacífico e do Índico.
Da classe dos cefalópodes, semelhantes aos
polvos e às lulas, com uma cabeça grande,
olhos desenvolvidos e múltiplos tentáculos em
torno da boca, têm concha externa, dividida em
câmaras. Quando partida longitudinalmente,
a concha revela um crescimento espiral muito
curioso, com separações entre o que parecem ser
compartimentos estanques.
O segredo da capacidade de adaptação
dos náutilos às diversas profundidades está
precisamente nessas câmaras, que o animal vai
construindo ao longo da vida. Enquanto cresce,
constrói um prolongamento da concha para conter
o corpo e abandona, mas deixa uma comunicação
com as sucessivas câmaras através de um tubo
(sifúnculo) por onde controla a passagem de um
líquido que enche parte das câmaras. Outra parte
é preenchida com gás.
Para se deslocar, o náutilo recorre a um
processo mecânico, expelindo água. Atingindo
determinada profundidade, para flutuar em
equilíbrio tem que ter o peso exatamente
igual ao do seu volume em água. É o princípio
de Arquimedes. Se tiver de se adaptar a
profundidades maiores, tem de que tornar mais
pesado, o que consegue bombeando líquido nas
câmaras através do sifúnculo. O gás aí existente
é comprimido e passa a ocupar menor espaço.
O peso do náutilo aumenta até que a sua maior
densidade equilibra a também maior densidade da
água. Para se adaptar a profundidades menores,
basta ao náutilo expelir água e deixar que o ar nas
câmaras se descomprima.
Os modernos submarinos seguem este
princípio e movem-se para cima e para baixo
comprimindo e descomprimindo o ar das suas
câmaras. Inspiraram-se neste animal fabuloso. É
justo que honrem o seu nome.
Texto extraído do livro: Passeio aleatório pela ciência do
dia a dia. Autor: Nuno Crato. Ed. Livraria da Física, 2009.
1. O que podemos afirmar corretamente acerca da compreensão dos gases nas câmaras do
submarino e do cafalópode do texto?
a) O ar comprimido acumula energia para fazer a propulsão do navio e do cefalópode.
b) Ao ser comprimido, o peso do ar aumenta, proporcionando a submersão.
c) O ar, quando comprimido, fica mais denso e, ocupando menor volume, também
desloca menor volume de água, reduzindo o empuxo e permitindo ao submarino e
ao cefalópode submergirem.
d) o ar comprimido aumenta a pressão nas cabines podendo, com isso, afetar os órgãos
auditivos dos tripulantes, por isso, nem todo o princípio hidrostático dos cefalópodes
pôde ser adaptado à construção de submarinos.
e) Essa compressão em nada interfere na movimentação de ambos.
2
FB NO ENEM
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
2. Um submarino está completamente submerso, em repouso, sem tocar o fundo do mar. O
que podemos afirmar corretamente acerca do empuxo exercido pela água no submarino?
a) Esse empulxo é uma força vertical que atua de cima para baixo.
b) O módulo desse empuxo tem valor igual ao do peso total do submarino.
c) O módulo desse empuxo tem valor inferior ao do peso total do submarino porque
este é feito predominantemente de metal, mais denso do que a água.
d) O empuxo tem valor maior do que o peso da água deslocada pelo submarino ao
submergir.
e) Nada se pode afirmar, porque não foram fornecidas as especificaçãoes técnicas do
submarino.
3. Supondo os gases ideias, as transformações nas câmaras isotérmicas e que não haja
perda de gás, podemos afirmar corretamente que:
a) na compreensão, a variação da pressão é inversamente proporcional à variação do
volume de gás.
b) não é necessário realização de trabalho por parte dos motores da embarcação
porque a água espontaneamente irá comprimir os gases até a pressão necessária
para todos os procedimentos de emersão e de submersão.
c) na compressão, o trabalho realizado sobre o gás é convertido integralmente em
calor, proporcionando a manutenção da energia interna do gás.
d) essas suposições só se concretizariam se as paredes do reservatório de gás fossem
adiabáticas, não permitindo trocas de calor.
e) a variação de pressão é inversamente proporcional ao quadrado da variação do
volume do gás.
4. O texto faz comentários acerca do princípio de Arquimedes. De acordo com o autor,
quando o corpo está completamente submerso, o valor do empuxo é igual ao do peso
de seu volume em água. Contudo, se o corpo não estiver completamente submerso, o
valor do empuxo é igual ao do peso de uma porção de água correspondente ao volume
submerso. Pensando nisso e nas condições de equilíbrio, responda o que se segue.
Considere que a figura I mostra uma vasilha, cheia de água até a borda, sobre uma
balança.
Nessa situação, a balança registra um peso P1.
Um objeto de peso P2 é colocado nessa vasilha e flutua, ficando parcialmente submerso,
como mostra a figura II. Um volume de água igual ao volume da parte submersa do
objeto cai fora da vasilha.
FB NO ENEM
3
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Com base nessas informações, é correto afirmar que, na figura II, a leitura da balança é:
a) igual a P1.
b) igual a P1 + P2.
c) maior que P1 e menor que P1 + P2.
d) menor que P1.
e) igual a P2.
5. Suponha que um submarino se encontra a uma profundidade de 50m. Para que a
tripulação sobreviva, um descompressor mantém o seu interior a uma pressão constante
igual à pressão atmosférica ao nível do mar.
Considerando 1atm = 105 Pa, a diferença entre a pressão, junto a suas paredes, fora e
dentro do submarino, é da ordem de:
a) 0,1atm
b) 1atm
c) 5atm
d) 50atm
e) 500atm
GABARITO (V.3)
1
2
3
4
5
B
A
B
A
C
Professor Colaborador: Fábio Coelho
4
FB NO ENEM
OSG: 3055410 - PABLOV - REV.: IE