Para realizar um experimento com uma garrafa PET cheia d´água, perfurou-se a lateral da garrafa em três posições a diferentes alturas. Com a garrafa tampada, a água não vazou por nenhum dos orifícios, e, com a garrafa destampada, observou-se o escoamento da água conforme ilustrado na figura.
Como a pressão atmosférica interfere no escoamento da água, nas situações com a garrafa tampada e destampada, respectivamente?
A) Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; não muda a velocidade de escoamento, que só depende da pressão da coluna de água.
B) Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; altera a velocidade de escoamento, que é proporcional à pressão atmosférica na altura do furo.
C) Impede a entrada de ar, por ser menor que a pressão interna; altera a velocidade de escoamento, que é proporcional à pressão atmosférica na altura do furo.
D) Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; regula a velocidade de escoamento, que só depende da pressão atmosférica.
E) Impede a entrada de ar, por ser menor que a pressão interna; não muda a velocidade de escoamento, que só depende da pressão da coluna de água.
Resolução em Texto
📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
Hidrostática (pressão em líquidos, escoamento e pressão atmosférica)
📝 Tema/Objetivo Geral:
Entender o papel da pressão atmosférica e da pressão hidrostática no escoamento de um líquido por orifícios em uma garrafa.
📊 Nível da Questão:
Fácil — envolve conceitos fundamentais da pressão em líquidos e observação de um experimento prático simples.
🎯 Gabarito:
A) Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; não muda a velocidade de escoamento, que só depende da pressão da coluna de água.
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
🧪 A situação experimental apresenta uma garrafa PET com três furos laterais, tampada e depois destampada. O objetivo é entender como a pressão atmosférica interfere na saída da água em cada caso.
🔎 O que está sendo pedido?
Identificar como a pressão atmosférica atua no experimento, explicando tanto a ausência de vazamento com a garrafa tampada quanto o escoamento quando ela está destampada.
🎯 Objetivo cristalino:
Relacionar o escoamento da água aos efeitos da pressão atmosférica e da pressão hidrostática em ambos os casos — com e sem tampa.
💭 Dúvida comum:
“Não seria a pressão da água que empurra a água pra fora sempre?”
➡️ Sim, mas se a garrafa estiver tampada, o ar não entra para substituir a água que sairia, e a pressão interna cai, impedindo o escoamento.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
📌 Pressão hidrostática:
A pressão em um ponto do líquido depende da altura da coluna de água acima do ponto:
P = ρ × g × h
📌 Pressão atmosférica:
O ar exerce uma pressão sobre a superfície da água (boca da garrafa). Essa pressão empurra a água e mantém o equilíbrio do sistema.
📌 Com a garrafa tampada:
- O ar não entra para substituir a água.
- A água só sairia se a pressão interna fosse maior que a atmosférica.
- Como isso não ocorre, a água não escoa.
📌 Com a garrafa destampada:
- A pressão atmosférica atua na superfície da água no topo da garrafa.
- Essa pressão é transmitida por todo o líquido.
- Como a pressão atmosférica atua também fora dos furos, seu efeito é anulado — restando apenas a pressão da coluna de água para impulsionar o escoamento.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📋 Quando tampada, não há entrada de ar, e a pressão atmosférica impede o escoamento.
📋 Quando destampada, o ar entra livremente, mantendo a pressão no interior da garrafa igual à atmosférica.
➡️ Assim, a pressão líquida (ρgh) é quem determina a velocidade e o alcance do jato de água — que será maior quanto mais baixo o furo estiver (maior coluna de água acima).
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
Não há necessidade de cálculo numérico, mas vale ressaltar:
📌 Com a garrafa tampada:
- Pressão no interior ≈ menor que a pressão atmosférica.
- Resultado: sem saída de água.
📌 Com a garrafa destampada:
- Pressão no topo do líquido = pressão atmosférica.
- Pressão nos furos = pressão hidrostática (ρgh)
- O efeito da pressão atmosférica se cancela (atua igualmente dentro e fora da garrafa).
- Resultado: escoamento depende apenas da coluna de água (h).
Passo 5: Análise das Alternativas
A) Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; não muda a velocidade de escoamento, que só depende da pressão da coluna de água.
✅ Correta — descreve perfeitamente o que ocorre nas duas situações.
B) Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; altera a velocidade de escoamento, que é proporcional à pressão atmosférica na altura do furo.
❌ Incorreta — a pressão atmosférica atua igualmente dentro e fora, sendo anulada. O escoamento não depende dela diretamente.
C) Impede a entrada de ar, por ser menor que a pressão interna; altera a velocidade de escoamento, que é proporcional à pressão atmosférica na altura do furo.
❌ Incorreta — erro duplo: a pressão atmosférica é maior, e não é proporcional à velocidade de escoamento.
D) Impede a saída de água, por ser maior que a pressão interna; regula a velocidade de escoamento, que só depende da pressão atmosférica.
❌ Incorreta — a velocidade depende da pressão da coluna de água, não da atmosférica.
E) Impede a entrada de ar, por ser menor que a pressão interna; não muda a velocidade de escoamento, que só depende da pressão da coluna de água.
❌ Incorreta — a justificativa da pressão atmosférica ser menor que a interna está errada. Na verdade, a pressão atmosférica é maior, e por isso impede o escoamento com a garrafa tampada.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
🧪 O experimento demonstra que com a garrafa tampada, o ar não pode entrar para equilibrar as pressões internas, e a pressão atmosférica impede a água de sair.
💧 Quando a garrafa é destampada, a água escoa apenas devido à pressão da coluna de líquido — a pressão atmosférica se anula entre o interior e o exterior da garrafa.
✅ Gabarito confirmado: alternativa A
🔍 Resumo Final:
Com a garrafa tampada, a pressão atmosférica externa impede o escoamento da água, já que não há entrada de ar para equilibrar. Com a garrafa destampada, a pressão da coluna de água é quem determina a velocidade do escoamento, e a pressão atmosférica não influencia diretamente no processo.
