Uma balsa de encontra-se ancorada em um cais realizando uma operação de carregamento. O alinhamento horizontal da balsa é controlado por dois tanques denominados tanque de proa e tanque de popa ( e ). Cada um desses tanques possui uma bomba que realiza a transferência da água contida em seu interior para o outro tanque. Além desses dois tanques, existe o tanque de calado, denominado , que controla a profundidade (posição vertical) da balsa, captando ou rejeitando a água do mar, de modo que seu plano de embarque permaneça no nível do cais. Um corpo de massa está embarcado na balsa, a uma distância de a esquerda do centro de gravidade da balsa () e centralizada em relação ao eixo . Toda situação descrita acima se encontra representada na Figura .
Para a determinação do volume de água contido no tanque de calado, foi idealizado um dispositivo composto por duas cargas positivas iguais a , que é capaz de medir a força de repulsão entre as cargas. A primeira carga se localiza em uma boia no interior do tanque e a segunda carga se localiza no teto, conforme apresentado na Figura .
Sabendo-se que: a massa total de água dos tanques de proa e de popa é ; a altura do cais () medida a partir da lâmina d ́água é ; a balsa encontra-se nivelada com o cais; e em equilíbrio mecânico, determine:
a) A massa de água em cada um dos três tanques.
b) O módulo da força de repulsão entre as cargas.
- Densidade da água $\rho = 1000\ kg.m^{-3}$
- Permissividade do vácuo $\varepsilon_0 = 8,85\times 10^{-12}\ F.m^{-1}$
- Dimensões da balsa:
$\ \ $Comprimento: $c = 100\ m$;
$\ \ $Altura: $h = 10\ m$; e
$\ \ $Largura: $10\ m$.
- Dimensões do taque de calado:
$\ \ $Comprimento: $30\ m$;
$\ \ $Altura: $9\ m$; e
$\ \ $Largura: $9\ m$.
Observações:
- O corpo possui dimensões desprezíveis quando comparado à balsa;
- Só é permitida a rotação da balsa em torno de seu eixo $y$ (ver Figura 1).