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Você sabe o que é o empuxo e o princípio de Arquimedes?

Neste artigo, vamos investigar o conceito de empuxo e o Princípio de Arquimedes, destacando como essas ideias fundamentais se relacionam e influenciam diversos fenômenos na Física.

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Isso significa que a força ascendente é diretamente proporcional ao volume do objeto e à densidade do fluido, e é crucial para entender a flutuação de objetos em líquidos, como boias e barcos.

A descoberta

A lenda do “Eureka” está relacionada ao conceito de empuxo e ao cientista grego Arquimedes. Segundo a história, Arquimedes foi convocado pelo rei Hierão II de Siracusa para verificar se sua coroa era realmente feita de ouro puro, ou se havia sido adulterada com outros metais menos valiosos.

Arquimedes enfrentou um desafio: como determinar se a coroa era feita de ouro sem danificá-la? Enquanto pensava sobre o problema, ele decidiu tomar um banho relaxante em uma banheira cheia de água. Enquanto entrava na banheira, Arquimedes notou que o nível da água subia e transbordava.

Nesse momento, ele teve um insight brilhante. Ele percebeu que o nível de água subindo estava relacionado ao volume do seu corpo que estava sendo imerso. Arquimedes entendeu que poderia usar esse princípio para determinar a densidade da coroa e, assim, descobrir se ela era feita de ouro puro.

Empolgado com sua descoberta, Arquimedes supostamente teria saído correndo pelas ruas de Siracusa gritando “Eureka!” (que em grego significa “Encontrei!”). Ele estava tão animado com a solução encontrada que nem mesmo se preocupou em se vestir adequadamente.

Essa lenda, embora possa não ser historicamente precisa em todos os detalhes, representa a ideia central de como Arquimedes teria percebido o conceito de empuxo e sua aplicação na determinação da densidade de um objeto.

A história do “Eureka” de Arquimedes destaca a importância das descobertas científicas que ocorrem por meio de insights e observações inovadoras. O conceito de empuxo descoberto por Arquimedes foi um marco significativo no campo da Física e continua sendo um princípio fundamental até os dias de hoje.

Definição

Empuxo é a força resultante exercida por um fluido (líquido ou gás) em um objeto imerso total ou parcialmente nele. Essa força é exercida perpendicularmente à superfície do objeto e tem direção oposta à força da gravidade.

O empuxo é um fenômeno relacionado à pressão exercida pelo fluido sobre o objeto. Quando um objeto está imerso em um fluido, a pressão do fluido varia em diferentes pontos da superfície do objeto. Essas variações de pressão criam uma força líquida resultante que é o empuxo.

Segundo esse princípio, o empuxo exercido por um fluido em um objeto imerso é igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto. Em outras palavras, o empuxo é diretamente proporcional ao volume do fluido deslocado pelo objeto.

Dessa forma podemos calcula-lo como sendo:

   

Onde é o empuxo, é a densidade do fluido e é o volume do fluido deslocado.

Empuxo: Afunda ou não Afunda ?

A determinação se um objeto afunda ou não em um fluido depende da relação entre o peso do objeto e o empuxo exercido pelo fluido.

Se o peso do objeto for maior do que o empuxo exercido pelo fluido, o objeto afundará. Nesse caso, a força gravitacional é maior do que a força de empuxo, resultando na imersão completa do objeto.

Por outro lado, se o empuxo exercido pelo fluido for maior do que o peso do objeto, o objeto flutuará ou ficará parcialmente imerso. Nesse caso, a força de empuxo é maior do que a força gravitacional, resultando em uma força líquida para cima que equilibra o peso do objeto.

Quando o peso do objeto é exatamente igual ao empuxo exercido pelo fluido, dizemos que o objeto está em equilíbrio e flutua em um nível específico no fluido.

Vale ressaltar que a densidade relativa do objeto em relação ao fluido também desempenha um papel importante na determinação se o objeto afunda ou flutua. Se a densidade do objeto for maior do que a do fluido, o objeto tende a afundar. Se a densidade do objeto for menor do que a do fluido, o objeto tenderá a flutuar.

Portanto, a resposta se um objeto afunda ou não em um fluido depende da comparação entre o peso do objeto e o empuxo exercido pelo fluido, juntamente com a relação de densidades.

Questões

1. Um objeto tem um volume de 0,1 m³ e está completamente submerso em água. Sabendo que a densidade da água é 1000 kg/m³ e a aceleração da gravidade é 9,8 m/s², qual é o valor do empuxo exercido pela água sobre o objeto?
2. Uma esfera oca de alumínio com raio de 0,2 m e espessura de 0,02 m está imersa em um tanque de óleo. A densidade do alumínio é de 2700 kg/m³ e a densidade do óleo é de 800 kg/m³. Qual é o valor do empuxo exercido pelo óleo na esfera?
3. Um submarino tem um volume de 500 m³ e está navegando em água salgada, cuja densidade é de 1030 kg/m³. Determine o empuxo exercido pela água no submarino. Considere a aceleração da gravidade como 9,8 m/s².

4. Um cubo de madeira com aresta de 0,3 m e densidade de 800 kg/m³ está parcialmente imerso em água do mar, cuja densidade é de 1030 kg/m³. Determine a fração do cubo que está submersa e o valor do empuxo exercido pela água.

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