Hola:
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Para el segundo apartado igual haz diagrama de cuerpo libre del cilindro y por estar inmóvil suma de fuerzas es cero. Considera que las fuerzas que actúan son el peso del cilindro W ya conocido por el apartado anterior, la fuerza que le ejerce el agua al cilindro que se resume \( F_{agua}=P_E \ a \) hacia abajo, donde \( P_E=P_{atm}+\rho \ 3 \ g \) y la fuerza que ejerce el aire en el interior del cilindro \( F_a=P_a \ a \) donde \( P_a=P_D=P_{atm}+ \rho (y+3) \ g \) luego la ecuación de la segunda ley de Newton es :
\( -W-F_{agua}+F_a=0\Rightarrow{-W-(P_{atm}+\rho \ 3 \ g) \ a+(P_{atm}+ \rho (y+3) \ g) \ a=0} \) despejas y con ello se halla \( P_D \) y finalmente se halla \( F_a \)
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He intentado despejar \( y \), con este planteamiento, pero llego a que es \( y=0,3\,\,m \), lo que implica que la fuerza que llamas \( F_a=151143,28\,N \). Pero para llegar a ese cálculo no es preciso calcular \( y \) ya que bastaba con sumar \( F_{agua}+W=(P_{atm}+\rho g \cdot 3 )S+W=151143,28\,N \). Hay algo que no me cuadra ¿podrías aclararlo? Gracias con antelación. 
Saludos
Disculpas por la tardanza, ocupaciones, hice el cálculo por que
y aparece en la figura y evidentemente para entender el procedimiento.
Hola:
... y para acotar considerar que el aire dentro del cilindro sufre un proceso isotermo lleva a un absurdo al momento de despejar y considerando la ley de los gases ideales.
¿Podrías concretar más cuál es ese absurdo al que se llega? A donde he llegado es a una ecuación cuadrática que arroja un valor \( y=0,897\, m \)
En el proceso cuasiestático se aplicarían \( \Delta F \) muy pequeñas, el cilindro se hundiría un \( \Delta L \) y aire se comprimiría aumentando su presión \( \Delta p \) y asi sucesivamente son una sucesión de estados de equilibrio, y se llega a la situación 2 sin fuerza aplicada; pero si hay trabajo realizado.
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Y ese trabajo ¿solo se emplearía en disminuir el volumen o también en aumentar la temperatura del aire?
Saludos
En efecto considerando al aire como gas ideal y que sufre un proceso isotérmico se llega a y=0.897; pero esa es una suposición no vislumbrada a simple vista en el enunciado y la ley de Boyle se deriva de la suposición de que el aire se comporta como un gas ideal y en el enunciado esta claro que en este caso el aire no es un gas ideal.
Respecto a la última pregunta, se esta entrando a las suposiciones (hay varias posibilidades) como en el caso de suponer isotérmica, en rigor hay una compresión del aire cuasiestática, eso es lo concreto. Ese cilindro es una especie de submarino para descender disminuye la burbuja y para ascender aumenta la burbuja.
Saludos
