Suponha que há um vácuo de dentro de uma campânula de na forma de uma pirâmide reta de base quadrada apoiada sobre uma mesa lisa de granito. As dimensões da pirâmide são as mostradas na figura e a pressão atmosférica local é de . O módulo da força necessária para levantar a campânula na direção perpendicular à mesa é ligeiramente maior do que:


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ITA IIIT 15/08/2022 18:25
A priori, veja que existem duas forças além da força $\vec{F}$ no sistema, são elas o peso e a força resultante exercida pela pressão na campânula. O maior problema é analisar a força relativa da pressão, esta que é a diferença da pressão atmosférica (externa) e do vácuo (interna), estas diferenças de forças são aplicadas perpendicularmente as faces laterais da campânula, tal que podemos esboçar:
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Observe que $\vec{F}_p$ é a diferença da força exercida pela pressão atmosférica $\vec{F}_{at}$ e a interna exercida pelo vácuo $\vec{F}_v$, em que:\begin{matrix} \vec{F}_p =\vec{F}_{at} - \vec{F}_v &,& F_p = P_p \cdot A \end{matrix}A área $\text{A}$ pode ser encontrada aplicado o Teorema de Pitágoras encontrando o valor de $x$, consequentemente, fazendo a relação entre a base e altura, veja:\begin{matrix} 13^2 = 5^2 + x^2 &\Rightarrow& x = 12 \ \pu{cm} &|& A = \dfrac{10 \cdot x }{2} \ \pu{cm^2}&\therefore& A = 6 \cdot 10^{-3} \ \pu{m^2} \end{matrix}Então a força $F_p$ é:\begin{matrix} F_p = [(10 -3) \cdot 10^4] \cdot 6 \cdot 10^{-3} &\Rightarrow& F_p = 420 \ \pu{N} \end{matrix}Atente que esta força é aplicada em cada face lateral, em que as componentes horizontais se cancelam, atuando apenas as forças verticais. Nesse contexto, analisando as forças que atuam na vertical, isto pensando na condição de deslocamento, temos:\begin{matrix} F \ge 4 \cdot F_p \cos{\theta} + P &,& P = 5 \ \pu{N} &,& \cos{\theta} = \dfrac{5}{12} &\therefore& \boxed{F \ge 705 \ \pu{N}} \end{matrix}\begin{matrix}Letra \ (B) \end{matrix}
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