Física nos Vestibulares

A prova original, assim como seu gabarito, se encontram em:

Vestibular Uerj 2007

Enunciado

40) O núcleo de uma célula eucariota, por ser 20% mais denso que o meio intracelular, tende a se deslocar nesse meio. No entanto, é mantido em sua posição normal pelo citoesqueleto, um conjunto de estruturas elásticas esponsáveis pelo suporte das estruturas celulares.
Em viagens espaciais, em condições de gravidade menor que a da Terra, o esforço do citoesqueleto para manter esse equilíbrio diminui, o que pode causar alterações no metabolismo celular.

Considere a massa do núcleo de uma célula eucariota igual a 4,0 × 10^-9 kg e a densidade do meio intracelular 1,0 × 10³ kg/m³.
Em uma situação de campo gravitacional 10^-5 vezes menor que o da Terra, o esforço despendido pelo citoesqueleto para manter o núcleo em sua posição normal, seria, em Newtons, igual a:

(A) 1,7 x 10^-11
(B) 3,3 x 10^-12
(C) 4,8 x 10^-13
(D) 6,7 x 10^-14

Resolução

Para que o núcleo fique em equilíbrio a força do citoesqueleto mais o empuxo (o núcleo está imerso no meio intracelular) deve equlibrar a força peso, vide figura abaixo:

Logo:

F + E = P => F = P - E

E = d_meio.V.g

P = d_núcleo.V.g

Pelo enunciado:

d_núcleo = 1,2 d_meio (densidade 20% maior!)

e

g(gravidade) = 10 x 10^-5 = 10^-4

Da definição de densidade:

d = m/V => V = m/d = 4 x 10^-9/1,2 x 10³ = 3,3 x 10 ^-12 m³

Assim:

F = V.g(d_núcleo - d_meio)
F = 3,3 x 10 ^-12 x 10^-4 x 0,2 x 10³
F = 6,6 x 10 ^-14 N

Resposta (D)

Comentário

Questão disciplinar de análise. O candidato teria que analisar a física inerente à "flutuação" do núcleo dentro do meio intracelular. Aplicar os conceitos de empuxo e a primeira Lei de Newton (Equilíbrio!). Pessoalmente, achei que a expressão "campo gravitacional 10^-5 menor" poderia confundir o candidato! Questão de média dificuldade.