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Empuxo e o princípio de Arquimedes: entenda a matéria

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Empuxo é a força exercida por um fluido sobre um objeto submergido total ou parcialmente nele. É também conhecido como o princípio de Arquimedes.

Arquimedes foi acusado de provar que uma nova coroa feita para Hieron, o rei de Siracusa, não era ouro puro como o vendedor de ouro dissera. Arquimedes pensou por muito tempo, mas, não conseguiu encontrar um método para provar que a coroa não era de ouro maciço.

Logo depois, ele encheu uma banheira e notou que a água transbordou quando ele entrou e percebeu que a água deslocada por seu corpo era igual ao seu peso. Sabendo que o ouro era mais pesado do que outros metais que o criador de coroas poderia ter substituído, Arquimedes tinha seu método para determinar que a coroa não era ouro puro.

O princípio de Arquimedes

O princípio de Arquimedes afirma que a força de empuxo em um objeto submerso em um fluido é igual ao peso do fluido que é deslocado por esse objeto. Se um copo é cheio até o topo com água e cubos de gelo são adicionados a ele, o que acontece?

Assim como a água se derramou sobre a borda quando Arquimedes entrou em sua banheira, a água no copo transbordará quando cubos de gelo forem adicionados a ela. Se a água derramada fosse pesada (o peso é uma força descendente), seria igual à força ascendente (flutuante) no objeto.

A partir da força de empuxo, o volume ou densidade média do objeto pode ser estabelecido. Arquimedes pôde determinar que a coroa não era de ouro puro devido ao volume da água deslocada, porque mesmo que o peso da coroa fosse idêntico ao peso do ouro que o rei deu ao ourives, o volume era diferente devido as várias espessuras dos metais.

O princípio de Arquimedes é uma ferramenta muito importante e benéfica. Pode ser útil para medir o volume de objetos irregulares, e explicar os comportamentos de qualquer objeto colocado em qualquer fluido. O princípio de Arquimedes descreve como os navios flutuam, os submarinos mergulham, os balões de ar quente voam e muitos outros exemplos. O princípio de Arquimedes também é usado em uma grande variedade de assuntos de pesquisa científica, incluindo medicina, engenharia, entomologia, e geologia.

O empuxo no mundo prático

Com base nesse princípio, podemos responder a pergunta: Como os barcos e navios, flutuam? A capacidade de um barco para flutuar depende da sua densidade média. Densidade média leva em conta não apenas o peso do casco de aço, mas também o ar preso nele. Um navio com um grande volume de ar preso tem uma menor densidade do que a da água, então, ele pode flutuar.

Aqui, o termo “fluido” refere-se a todos os líquidos e gases. Para um objeto que é completamente submergido em um fluido, o peso do fluido deslocado por ele, é menor do que seu próprio peso.

Por outro lado, um objeto que flutua sobre a superfície do fluido, o peso do fluido deslocado por ele, é igual ao peso do objeto. Agora, a força ascendente vivida pelo corpo é denominada como a força flutuante.

Equações relacionadas a empuxo

Para entender os principais pontos relacionados ao cálculo do empuxo, é necessário estabelecer alguns pressupostos:

Força flutuante = peso do fluido deslocado pelo corpo

Agora, o peso do fluido deslocado pelo corpo é diretamente proporcional ao volume do fluido deslocado, uma vez que a densidade do fluido é constante. Isto pode ser ilustrado pelas seguintes equações:

Peso = massa x g (onde g é a aceleração devido à gravidade e é uma constante)

Massa = volume x densidade

Assim, podemos dizer que

Peso = densidade x volume x g

Através dessas variações, é possível determinar os pensamentos gerais que se desdobram do assunto.


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