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Um engenheiro agrônomo está projetando um sistema de irrigação sustentável para uma pequena horta comunitária localizada em uma região semiárida. O sistema utiliza um reservatório cilíndrico de eixo vertical com 2 m de raio e 5 m de altura, que fica totalmente cheio d'água após o período de chuvas. Para acionar os gotejadores da horta, a água do reservatório escoa por gravidade através de um encanamento na base inferior do cilindro. Por normas técnicas de pressão, a irrigação só funciona de maneira uniforme enquanto a altura da coluna de água dentro do reservatório estiver entre 1 m e 5 m. Quando o nível cai abaixo de 1 m, a pressão é insuficiente e o sistema é desligado automaticamente por uma boia mecânica. Certo dia, o sistema é ligado com o reservatório cheio (h = 5 m) e a vazão média de saída da água é de π m³/h. Desconsidere as perdas por evaporação e considere π ≈ 3,14. Com base nessa situação, por quantas horas o sistema de irrigação permanecerá em funcionamento antes de ser desligado automaticamente pela boia?
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Lucas Soares

há 3 horas

Respostas

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Ed Inteligência Artificial do Passei Direto Verified user icon

há 3 horas

Vamos resolver passo a passo: 1. Dados do problema: - Reservatório cilíndrico com raio \( r = 2 \, m \) e altura total \( H = 5 \, m \). - A irrigação funciona enquanto a altura da água estiver entre 5 m e 1 m. - Vazão de saída da água: \( Q = \pi \, m^3/h \). - Queremos saber o tempo até o nível cair de 5 m para 1 m. 2. Volume de água no reservatório: O volume de um cilindro é dado por: \[ V = \pi r^2 h \] onde \( h \) é a altura da água. 3. Volume inicial e final: - Volume inicial (nível 5 m): \[ V_i = \pi \times (2)^2 \times 5 = \pi \times 4 \times 5 = 20\pi \, m^3 \] - Volume final (nível 1 m): \[ V_f = \pi \times (2)^2 \times 1 = \pi \times 4 \times 1 = 4\pi \, m^3 \] 4. Volume de água usada até desligar: \[ V_{usada} = V_i - V_f = 20\pi - 4\pi = 16\pi \, m^3 \] 5. Tempo de funcionamento: Como a vazão é \( Q = \pi \, m^3/h \), o tempo \( t \) é: \[ t = \frac{V_{usada}}{Q} = \frac{16\pi}{\pi} = 16 \, horas \] Resposta: O sistema de irrigação funcionará por 16 horas antes de ser desligado automaticamente pela boia.

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