Você já se perguntou por que alguns objetos flutuam enquanto outros afundam? Você sabia que todo objeto em um líquido experimenta uma força ascendente do líquido? Vamos nos aprofundar e descobrir mais.
OBJETIVOS DE APRENDIZADO
Ao final deste tópico, espera-se que você;
INTRODUÇÃO
Todos os objetos em um líquido experimentam uma força ascendente do líquido, estejam eles submersos ou flutuando. Essa força ascendente é chamada de força ascendente . A força de empuxo também é chamada de força de empuxo e é denotada pela letra “u”.
PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES
Um cientista grego, chamado Arquimedes, conduziu os primeiros experimentos para medir o empuxo de um objeto em líquido. O princípio de Arquimedes afirma que “quando um corpo está totalmente imerso em um fluido, ele experimenta uma força para cima igual ao peso do fluido deslocado”.
Quando um sólido é imerso em um líquido, o empuxo sobre esse sólido será igual ao peso da água deslocada.
Por exemplo, um bloco de metal cujo volume é 60 cm 3 e pesa 4,80 N no ar está submerso em um líquido. Determine o peso do bloco quando ele estiver totalmente submerso em um líquido com densidade de 1.200 kgm -3 .
Solução
Volume do líquido deslocado = 60cm 3 = 6,0 × 10 -5 m 3 .
Peso do líquido deslocado = volume x densidade 6,0 × 10 -5 × 1200 × 10 = 0,72 N
Upthrust = peso do líquido deslocado. Peso do bloco em líquido = 4,80 – 0,72 = 4,08 N
OBJETOS FLUTUANTES
Objetos que flutuam em líquidos são menos densos que os líquidos em que flutuam. A relação entre o peso do líquido deslocado e o do corpo pode ser determinada.
O peso do líquido deslocado é igual ao peso de um bloco no ar. Isso é consistente com a lei da flutuação, que afirma que “um corpo desloca seu próprio peso”. Essa relação pode ser representada matematicamente conforme mostrado abaixo;
Peso = volume x densidade x gravidade = v × ρ × g
W = vd × ρ × g onde vd é o volume do líquido deslocado.
Observe que a flutuação é um tipo especial do princípio de Arquimedes. Isso ocorre porque um corpo flutuante afunda até que o impulso para cima seja igual ao peso do corpo.
DENSIDADE RELATIVA
A densidade relativa foi estabelecida como a razão entre a densidade de uma substância e a densidade da água. Pela lei da flutuação, um objeto desloca um fluido igual ao seu próprio peso, portanto, as seguintes expressões matemáticas podem ser estabelecidas.
Densidade relativa = \(\frac{\textrm{ density of substance}}{\textrm{density of water}}\) \(\frac{\textrm{weight of substance}}{\textrm{weight of equal }volume of water}\) = \(\frac{\textrm{mass of substance}}{\textrm{mass of equal volume of water}}\)
APLICAÇÕES DA DENSIDADE RELATIVA E DO PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES
1. Navios . Você já se perguntou por que uma agulha de ferro afunda imediatamente na água, mas não um grande navio? A resposta é o princípio de Arquimedes. O prego afunda porque o peso da água deslocada é menor que o da agulha – a densidade do ferro é maior que a da água. O princípio de Arquimedes é aplicado na construção de navios. Grandes porções do navio são deixadas ocas para fazer o navio pesar menos do que a água deslocada. Uma força de empuxo com magnitude igual à água deslocada mantém o navio flutuando.
2. Submarinos . Um submarino pode flutuar na água e também pode ser submerso. Isso é conseguido pelos tanques de lastro e comprimidos. Quando o tanque de lastro está cheio de água, o submarino está submerso. Isso ocorre porque tem uma densidade maior do que a água deslocada. Quando a água do tanque de lastro é expelida, com a ajuda do tanque comprimido, a densidade do submarino diminui menos que a densidade da água deslocada. Portanto, o submarino é capaz de flutuar.
3. Balões de ar quente . O balão sobe no ar quando o ar que o envolve tem um peso maior do que o balão. Quando o peso é igual, o balão permanece estacionário.
4. Hidrômetros . Este é um instrumento usado para medir a gravidade específica ou gravidade dos líquidos. É formado por um tubo oco de vidro com base mais larga em forma de bulbo e vedado em ambas as extremidades. O nível do hidrômetro que está submerso em um líquido e a água deslocada pelo hidrômetro é medido para obter a gravidade específica de um líquido. Se o hidrômetro afundar mais fundo, isso mostra que o solo da amostra tem menos gravidade específica.
