Quando entramos em uma piscina, e temos parte do corpo submerso, temos a sensação de que estamos mais leves. Porém, não é bem isso que acontece.
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Como explicar esse fenômeno? Isso foi decifrado pelo filósofo Arquimedes de Siracusa (288 a.C – 212 a.C) com o entendimento de uma força chamada empuxo.
O que é empuxo
Vamos supor a seguinte situação: colocamos uma bola pequena em um copo com água.
Ela afunda até um determinado ponto onde para e fica no meio do copo, conforme a figura a seguir.
Isso acontece devido à ação de uma força conhecida como empuxo, que aponta para cima.
Princípio de Arquimedes
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Arquimedes ficou intrigado com esse fenômeno e desenvolveu a seguinte proposição:
Todo corpo imerso total ou parcialmente em um fluido em equilíbrio acaba sofrendo uma força, aplicada por este, com direção vertical, sentido voltado para cima e módulo igual ao peso da parte fluida deslocada.
Fórmula da força de empuxo
Segundo o princípio de Arquimedes, o empuxo tem o mesmo valor da força peso multiplicada pelo volume de fluido deslocado pelo corpo.
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De acordo com isso, podemos então escrever a equação do empuxo da seguinte maneira:
Sendo que:
- df: densidade do fluido;
- Vi: volume da parte do corpo imersa no fluido;
- g: aceleração da gravidade.
A unidade de medida do empuxo no Sistema Internacional (SI) é o newton (N).
Exemplos de empuxo
Apresentamos aqui alguns exemplos a respeito do empuxo./p>
Em seguida, explicaremos um exemplo de corpo imerso no ar que respiramos e um segundo exemplo de um corpo imerso na água.
Corpo imerso no ar
Existem vários exemplos no nosso cotidiano aos quais podemos aplicar o princípio de Arquimedes.
Neste caso, vamos entender por qual motivo um balão com gás hélio consegue subir.
Isso ocorre devido ao fato de que o gás hélio é menos denso que o ar da nossa atmosfera.
Portanto, a força de empuxo é maior que a força peso do corpo. Dessa maneira ele começa a subir.
Corpo imerso na água
Sob o mesmo ponto de vista, podemos entender o motivo pelo qual um corpo flutua ou afunda na água.
Um exemplo muito intuitivo são os barcos. Como sua parte de baixo é oca, a densidade do barco se torna menor que a da água, fazendo com que o empuxo da água sobre o barco seja maior que a gravidade que age sobre o objeto, desta forma ele boia.
Por isso, caso um barco seja furado e comece a encher de água, sua densidade se igualará à da água, desta forma ele começa a afundar.
Entenda mais sobre empuxo
Por fim, vamos entender um pouco mais sobre esse assunto com o auxílio dos vídeos a seguir.
Exercício resolvido do ENEM
Esse vídeo aborda um exercício resolvido do ENEM, facilitando assim o entendimento de como aplicar a equação do empuxo.
Um pouco mais de teoria
Em seguida, temos este vídeo que, além de um exercício resolvido, apresenta mais explicações teóricas sobre o empuxo.
Flutuação de um navio
Neste último vídeo, podemos entender um pouco melhor a respeito da flutuação de um navio na água.
Os exemplos nos ajudam a entender melhor e visualizar a aplicação do conceito estudado.
Apesar de nem sempre conseguirmos imaginar certas situações a partir da teoria, existem exemplos práticos que nos ajudam a visualizar os conceitos da física no dia a dia.
Podemos colocar o empuxo como uma dessas situações, demonstrando que ele é muito importante para o nosso cotidiano.
Referências
Kazuhito Yamamoto, Física para o ensino médio, vol. 1 : mecânica;
Wilson Carron, As faces da física.
Por Guilherme Santana da Silva
Graduado no curso de Física pela Universidade Estadual de Maringá. Professor assistente em um colégio de ensino médio e preparatório para os vestibulares. Nas horas vagas se dedica à vida religiosa, praticar mountain bike, tocar bateria, dar atenção à família e cuidar de suas duas gatinhas Penélope e Mel.
Santana, Guilherme. Empuxo. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/empuxo. Acesso em: 25 de April de 2024.
1. [UERJ]
Uma barca para transportar automóveis entre as margens de um rio, quando vazia, tem volume igual a 100 m3 e massa igual a 4,0.104 kg. Considere que todos os automóveis transportados tenham a mesma massa de 1,5.103 kg e que a densidade da água seja de 1000 kg/m3. O número máximo de automóveis que podem ser simultaneamente transportados pela barca corresponde a:
a) 10
b) 40
c) 80
d) 120
Ao colocar os carros, a densidade máxima da barca deve ser igual à densidade da água. Sendo assim, chamando de X a massa total dos carros colocados na barca e sabendo que o volume da barca não é alterado pela presença dos carros, temos:
d = m ÷ V
1000 = ( 4,0 . 104 + X) ÷ 100
100000 = 4,0 . 104 + X
10 . 104 = 4,0 . 104 + X
X = 10 . 104 – 4,0 . 104
X = 6 . 104 kg
Como a massa de cada carro é de 1,5 . 103 kg, podemos concluir que o número máximo de carros é 40.
40 . 1,5 . 103 = 60 . 103 = 6 . 104
RESPOSTA: b
2. [Mackenzie-SP]
Devido à crise hídrica que se instalou na cidade de São Paulo, um estudante, após a aula de hidrostática, resolveu colocar uma garrafa de 1,0 litro, cheia de água, no interior da caixa acoplada de descarga. Essa medida gerou uma economia de água no final de um período. Essa ideia colocada em prática foi baseada no
a) Princípio de Stevin.
b) Princípio de Arquimedes.
c) Princípio de Pascal.
d) Princípio dos vasos comunicantes.
e) Teorema de Bernoulli.
O empuxo corresponde ao peso do líquido deslocado por um objeto imerso em um fluido qualquer. Ao colocar a garrafa de 1 L no interior da caixa, o estudante poupa a quantidade de água correspondente ao volume da garrafa e não interfere no rendimento do sistema de descarga.
RESPOSTA: b