Unidade
4
Forças e fluidos
Unidade
4
Forças e fluidos
4.3 Flutuação
Quando se coloca um objeto no meio de um fluido,
pode ocorrer uma de três situações:
Situação 1
Flutuação no interior do fluido
I
P
Se o corpo permanece em repouso no interior do fluido,
a força resultante que sobre ele atua é nula.
Sendo nula a força resultante, então, a intensidade
da impulsão e a do peso do corpo são iguais.
⃦I ⃦ = ⃦P ⃦
Quando se coloca um objeto no meio de um fluido,
pode ocorrer uma de três situações:
Situação 2
Flutuação à superfície do líquido
I
I
P
P
Se o corpo se desloca para cima, então a força
resultante tem sentido de baixo para cima.
Isso significa que a intensidade da impulsão
é superior à intensidade do peso.
⃦I ⃦ > ⃦P ⃦
Quando o corpo emerge, o volume de fluido
deslocado é menor e o valor da impulsão diminui.
O corpo fica em equilíbrio porque as intensidades
da impulsão e do peso do corpo são iguais.
⃦I ⃦ = ⃦P ⃦
Quando se coloca um objeto no meio de um fluido,
pode ocorrer uma de três situações:
Situação 3
Afundamento
I
I
P
Se o corpo se desloca para baixo,
então a força resultante tem sentido
de cima para baixo.
N
P
Quando o corpo atinge a base do recipiente,
as forças que nele atuam ficam equilibradas.
Isso significa que a intensidade do peso
é superior à intensidade da impulsão.
O recipiente exerce uma força de reação normal
sobre o corpo e este fica em repouso.
⃦P ⃦ > ⃦I ⃦
⃦I ⃦ + ⃦N ⃦ = ⃦P ⃦
Fatores que influenciam o valor da impulsão
Colocou-se o mesmo ovo em fluidos diferentes:
Água
Água salgada
ρágua = 1 kg / dm3
ρágua salgada = 1,03 kg / dm3
Em água, o ovo afunda-se.
Em água salgada, o ovo sobe até à superfície.
Em qual dos casos a impulsão sofrida pelo ovo é maior?
Colocou-se o mesmo ovo em fluidos diferentes:
Água
ρágua = 1 kg / dm3
Água salgada
ρágua salgada = 1,03 kg / dm3
Vamos analisar as forças que atuam no ovo quando este
está totalmente imerso em água, depois de ter sido largado.
Colocou-se o mesmo ovo em fluidos diferentes:
I
I
P
Água
ρágua = 1 kg / dm3
Água salgada
P
ρágua salgada = 1,03 kg / dm3
Como se trata do mesmo ovo, o peso é igual em ambas as situações.
Em água, o ovo afunda-se, logo a impulsão
sofrida tem valor inferior ao peso.
Em água salgada, o ovo sobe, logo a impulsão
sofrida tem valor superior ao peso.
⃦I ⃦ < ⃦P ⃦
⃦I ⃦ > ⃦P ⃦
Colocou-se o mesmo ovo em fluidos diferentes:
I
I
Água
P
Água salgada
ρágua = 1 kg / dm3
P
ρágua salgada = 1,03 kg / dm3
Como a água salgada tem uma densidade superior,
a impulsão sofrida pelo ovo também é superior.
Quanto maior é a densidade do fluido, maior é a força
de impulsão que este exerce sobre os corpos nele imersos.
Colocaram-se em água dois objetos com o mesmo peso:
P
Chumbo
Madeira
⃦P ⃦ = 5N
⃦P ⃦ = 5N
P
O bloco de chumbo afunda-se quando imerso em água.
O bloco de madeira sobe até à superfície quando imerso em água.
Em qual dos casos a impulsão sofrida é maior?
Colocaram-se em água dois objetos com o mesmo peso:
P
Chumbo
⃦P ⃦ = 5N
P
Madeira
Vamos analisar as forças que atuam nos blocos quando estes
estão totalmente imersos em água, depois de terem sido largados.
⃦P ⃦ = 5N
Colocaram-se em água dois objetos com o mesmo peso:
I
I
Chumbo
P
Madeira
P
⃦P ⃦ = 5N
⃦P ⃦ = 5N
O peso é igual em ambas as situações, mas o volume dos blocos é diferente.
O bloco de chumbo afunda, logo a impulsão
sofrida tem valor inferior ao peso.
O bloco de madeira sobe, logo a impulsão
sofrida tem valor superior ao peso.
⃦I ⃦ < ⃦P ⃦
⃦I ⃦ > ⃦P ⃦
Colocaram-se em água dois objetos com o mesmo peso:
I
I
Chumbo
⃦P ⃦ = 5N
P
P
Madeira
⃦P ⃦ = 5N
Como o bloco de madeira tem maior volume, desloca um maior volume
de água do que o bloco de chumbo, e por isso a impulsão sofrida é maior.
Quanto maior é o volume de fluido deslocado,
maior é a impulsão sofrida pelo corpo.
A Lei de Arquimedes comprova as conclusões anteriores:
⃦I ⃦ = ρfluido x Vfluido deslocado x ⃦g ⃦
A partir da expressão, conclui-se que a impulsão é diretamente proporcional…
… à densidade do fluido (ρfluido);
Quanto maior é a densidade do fluido, maior é a força
de impulsão que este exerce sobre os corpos nele imersos.
… ao volume de fluido deslocado (Vfluido deslocado).
Quanto maior é o volume de fluido deslocado,
maior é a impulsão sofrida pelo corpo.
Os barcos e a flutuação
Os materiais utilizados na construção de barcos
variam consoante o tipo de embarcação.
Na construção de barcos mais pequenos, são utilizados
materiais como madeira ou fibra, …
… enquanto nos grandes navios são utilizados
materiais de elevada densidade, como o aço.
Em qualquer dos casos, os barcos não se afundam,
antes flutuam à superfície da água.
Por que motivo flutuam os barcos,
dos mais pequenos aos grandes navios?
Tanto nos barcos pequenos como nos grandes, a força de impulsão
deve sempre compensar o peso para que o barco não se afunde.
I
P
Como é que se gera uma impulsão suficientemente grande para compensar o peso do navio?
Tanto nos barcos pequenos como nos grandes, a força de impulsão
deve sempre compensar o peso para que o barco não se afunde.
I
P
O segredo para a flutuação do navio está na forma como o casco é construído.
Imagina que se utiliza madeira como material de construção do barco:
Se a madeira for empilhada, o volume
de água deslocado é igual ao volume
da madeira.
P
I
Quando a madeira é colocada em água,
o valor do peso é superior ao da
impulsão, e a madeira afunda-se.
P
O volume de água
deslocado é superior.
I
P
P
Se utilizarmos a mesma madeira
para construir o casco de um barco,
o volume de água deslocado é superior.
Quando o barco é colocado em água,
o valor da impulsão é suficientemente
grande para equilibrar o peso do barco.
Os barcos têm uma forma que lhes permite deslocar um grande
volume de água. Deste modo, os valores da impulsão e do peso
são iguais desde que o barco não esteja submerso.
Conclusão
A impulsão sofrida por um corpo quando imerso num
fluido é diretamente proporcional à densidade do fluido
e ao volume de fluido deslocado:
Quanto maior é a densidade do fluido, maior é a força de
impulsão que este exerce sobre os corpos nele imersos.
Quanto maior é o volume de fluido deslocado, maior é
a impulsão sofrida pelo corpo.