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3ª Lei de Newton ou Lei da Ação-Reação Ciências Físico-químicas | 9º ano de

escolaridade

Docente. Marília Silva Soares 1

Pressão e Impulsão

Forças de pressão

Unidade 1 – EM TRÂNSITO

Ciências Físico-químicas - 9º ano de escolaridade • Unidade 1 – EM TRÂNSITO

Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 2

O que magoa mais:

A pisadela de um elefante?

A pisadela de um sapato de salto alto?

Qual a diferença?

Por que razão quando caminhas na areia da praia deixas marcas na areia?

• Unidade 1 – EM TRÂNSITO


Será que o efeito de uma força que atua sobre uma superfície

depende também da área dessa superfície?

A diferença está na superfície em que te apoias; a superfície de apoio dos esquis é bem maior do que a dos sapatos

e a pressão que se exerce na neve é bem menor.

O que é a pressão?

É uma grandeza física escalar (P) que depende da intensidade da força (F)

exercida e da área de superfície (A) onde essa força atua.

Unidade SI:

É o pascal, Pa, que corresponde ao newton por metro quadrado.

A

FP

m

NPa

21

11





A mesma força distribuída por superfícies de contato de áreas diferentes, produz pressões diferentes.

A marca deixada na areia pelo tijolo é mais

profunda, quando a área da superfície é

menor.

Apesar da área de superfície de apoio ser

igual, a marca deixada na areia pelos dois

tijolos sobrepostos é mais profunda, do que a

marca deixada por um só tijolo.

A pressão exercida pelo tijolo (peso do tijolo)

na areia é tanto maior quanto menor for a

área de superfície de contato.

A pressão exercida na areia é tanto maior

quanto maior for a força exercida nos tijolos.


escolaridade






Em suma…

A pressão é:

- tanto maior quanto menor for a área de superfície de contato;

- tanto maior quanto maior for a força exercida na superfície de contato.



O que magoa mais:

A pisadela de um elefante?

A pisadela de um sapato de salto alto?

Qual a diferença?

Por que razão quando caminhas na areia da praia deixas marcas na areia?



Funcionamento dos cintos de segurança e dos capacetes dos

motociclistas

•Os cintos de segurança e os capacetes permitem distribuir a

intensidade da força de colisão por uma superfície maior, fazendo

com que o seu efeito seja menor e as consequências da colisão não

sejam tão graves.

• O papel dos cintos de segurança e dos capacetes dos

motociclistas é, diminuir a pressão exercida sobre o corpo do

passageiro, através da distribuição da força de impato por uma área

da superfície de contato maior

Os cintos de segurança e os capacetes dos motociclistas diminuem

a pressão exercida pelas forças de impato sobre os passageiros.

Pressão e Impulsão

Impulsão

Unidade 1 – EM TRÂNSITO

Ciências Físico-químicas - 9º ano de escolaridade


escolaridade


Porque é que uma pessoa flutua mais facilmente

na água do mar do que na água doce de uma

piscina?

Por que é que um navio, que pesa muitas

toneladas, flutua e uma pequena esfera metálica

não flutua?

Porque flutuam no ar, os balões de ar quente?

Como funcionam os submarinos?



A Impulsão e a Lei de Arquimedes




Como se explica a flutuação de um corpo?

Qualquer corpo dentro de água parece mais leve

Qualquer corpo mergulhado num fluído (líquido ou gás) fica sujeito a uma força vertical, de

baixo para cima, exercida por esse fluído.

Esta força designa-se por impulsão, ( ). I

Impulsão: força que tem direção do peso mas sentido contrário a este, e que resulta da

interação do corpo com um fluído onde este estiver contido.

A impulsão nos líquidos é muito maior do que nos gases.

Quando estamos dentro de água parecemos ser mais leves, havendo a sensação de que algo nos

empurra para a superfície da água.

Qualquer corpo mergulhado num líquido tem um peso

inferior ao seu peso real. Esse peso designa-se por

peso aparente do corpo.

Peso aparente = peso real – impulsão

O peso aparente é a resultante de duas forças com

sentidos opostos o peso real e a impulsão, quando está

mergulhado num líquido.

P

I

Pap

peso

real

peso

aparente

I




Pap = Pr – I

I = Pr – Pap

O valor da impulsão é igual à

diferença entre os valores do peso

real (Pr) e do peso aparente (Pap)

do corpo.

O peso atua fazendo descer o

corpo no interior do fluído, e a

impulsão provoca a subida do

corpo.

Porque razão uns corpos flutuam na água e outros não?




Conforme as intensidades das duas forças, peso do corpo e impulsão:

1) Se o peso do corpo for maior do

que a impulsão do fluido (P > I), o

corpo afunda-se

3) Se o peso do corpo for menor do

que a impulsão do fluido (P < I), o

corpo flutua

2) Se o peso do corpo for igual ao valor

da impulsão do fluido (P = I), o corpo

fica em equilíbrio no interior do corpo

A impulsão é uma força vertical e com sentido de baixo para cima, com intensidade igual ao valor do peso do

volume de líquido deslocado pelo corpo.

P > I P = I P < I


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A massa volúmica, ou densidade, () é o quociente entre a massa (m) do corpo e o volume que este ocupa (V).

Se considerarmos dois corpos com o mesmo volume, sabemos que o que é mais denso é o que tiver maior massa.

Peso do fluido deslocado

Unidades SI

Massa : quilograma (Kg)

Volume: metros cúbicos (m3) V

m

Da definição de massa volúmica, temos que a massa do fluído deslocado é

Então o peso deslocado será:

* O cálculo do valor da impulsão pode ser feito se soubermos a massa volúmica do fluído e se conhecermos o volume

de fluído deslocado.

Volumem fluído

gVolumeP fluído




Se o corpo estiver completamente imerso no fluído, o volume de fluído deslocado será igual ao

volume total do corpo.

Se o corpo estiver apenas parcialmente imerso no fluído, então o volume de fluído deslocado

será igual ao volume imerso do corpo, que será uma fração do volume total.

Peso do fluido deslocado

O volume de fluído deslocado por um corpo mergulhado num fluído é igual ao volume imerso desse

corpo.

• É a Arquimedes (287 a.C.- 212 a.C.), físico e matemático grego, que viveu em

Siracusa, Sicília, que se deve a descoberta da força de impulsão.

Reza a lenda que, por volta do séc. III a.C.,o rei Hieron de Siracusa havia encomendado

uma coroa de ouro, para homenagear uma divindade que supostamente o protegera

nas suas conquistas.

Entretanto, foi levantada a acusação de que o ourives o enganara, misturando o ouro

maciço com prata na manufactura da coroa.

Para descobrir a verdade, Hieron pediu a ajuda de Arquimedes. A sua tarefa seria

descobrir, sem danificar o objecto, se a coroa era 100% em ouro, ou se continha

uma parte feita em prata

Certo dia, Arquimedes terá descoberto a solução para o problema, enquanto tomava

banho.

Ora Arquimedes, de quem se diz que era muito distraído, ficou tão entusiasmado com a

sua descoberta que saltou da banheira e saiu para a rua, completamente nu, gritando:

«Eureka! Eureka!», que significa: Descobri! Descobri!

A solução do seu problema levou-o a enunciar a Lei de Arquimedes.




O Mito de Arquimedes




A Lei De Arquimedes

Sempre que um corpo se encontra mergulhado num fluido, este exerce

sobre o corpo uma força a que chamamos impulsão, com direção vertical,

sentido de baixo para cima e de intensidade igual ao valor do peso do

volume de líquido deslocado (Pvolume de líquido deslocado ).

I = Pvolume de líquido deslocado

A impulsão ocorre sempre que temos corpos total

ou parcialmente imersos num fluído, seja ele líquido

ou gasoso.


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Qualquer corpo mergulhado num líquido recebe da parte deste uma impulsão vertical, de baixo para cima, de

valor igual ao do peso do volume de líquido deslocado.

A Lei De Arquimedes

I = P líquido deslocado

I = Pr – Pap




Como água = 1,0 g/cm3, a 4ºC Podemos calcular também a massa do líquido deslocado, a partir do seu volume:

e novamente




gm

cm

massacmg

50

5001

3

3

saiu que água

/,

NP

P

500

890500

,

,,

saiu que água

saiu que água

A Lei De Arquimedes

I = P líquido deslocado

Ao analisarmos os valores registados, pode-se concluir que o valor da impulsão, I, que o corpo recebe,

e que foi calculado pela diferença entre os valores dos pesos real e aparente ( I = Preal – Paparente), é

igual ao valor do peso do volume de água que foi deslocado pelo corpo.

V

m




De que depende a impulsão?

Quando está em forma de cesto, o volume imerso é maior.

Quanto maior for o volume imerso, maior é a impulsão

Se colocarmos plasticina em forma de esfera, dentro da água, verificamos que ela vai ao fundo.

Se a moldarmos em forma de cesto ela vai flutuar. Porquê?

Segundo a Lei de Arquimedes, se o volume do

liquido deslocado é maior, também o valor do seu

peso é maior, o que origina uma maior impulsão.

Água

doce

Água

salgada

No Mar Morto a densidade da água é muito grande

devido à sua elevada salinidade

Quanto maior a densidade de um fluído, maior é a impulsão.

Como a densidade dos líquidos é muito maior do que as dos gases, a sua impulsão também é muito maior do que a dos

gases.

Para que um corpo flutue, num determinado fluido, é necessário que a densidade desse corpo seja menor do que a do

fluido.





Se colocarmos um ovo num copo com água doce e outro ovo dentro de um copo com água salgada, o que acontecerá?

É mais fácil flutuarmos em água doce ou em água salgada? Porquê?

O ovo flutua na água salgada

porque a impulsão é maior.


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Maior o volume imerso

Maior densidade do líquido Maior Impulsão

Maior Impulsão





Para um mesmo corpo, quanto mais denso for o fluído em que ele se encontra, maior será a

impulsão que o corpo sofre.

A impulsão será tanto maior quanto maior for o volume de fluído deslocado, sendo que este é

igual ao volume imerso do corpo.

A impulsão não depende do peso do corpo.

Os barcos, apesar de serem feitos de materiais densos como o ferro e o

aço, flutuam na água porque recebem desta uma impulsão suficiente para

compensar o seu enorme peso. Como?

Nos navios o volume da parte imersa é muito grande, para que seja

também muito grande o volume da água deslocada, e consequentemente, a

impulsão.

A forma da parte inferior dos navios , está estudada para que a impulsão

aumente ao aumentar o peso do navio devido à carga, de modo a que se

tenha sempre:

I = - P

Porque flutuam os barcos?

P

I

vectorialmente em módulo dos

vectores

I = P

ou




Equilíbrio de corpos imersos

Os submarinos dispõem de tanques especiais no casco. Para

submergir há válvulas que abrem, permitindo a entrada de água do mar

para esses tanques. O peso do submarino aumenta, passando a ser

superior à impulsão:

Para vir à superfície, os tanques são esvaziados através de ar

comprimido. Como o valor do peso diminui sem variar o volume do

submarino, a impulsão torna-se maior do que o peso do submarino

fazendo-o vir à superfície.

I > P

Como funcionam os submarinos?

P = I

P > I

I > P

P = I

P > I





De acordo com o principio de Arquimedes, um balão elevar-se-á no ar, quando o valor do seu peso for inferior ao valor da

impulsão que o ar exerce sobre ele.

Para se conseguir esta condição os balões são

normalmente cheios com um gás menos denso que o ar,

como o hélio, ou, então com ar quente.

O ar quente é menos denso que o ar frio, pois o

aquecimento provoca um aumento de volume e

consequentemente diminuição da densidade.

O ar dentro do balão, torna-se assim menos denso,

que o ar que o rodeia.

Porque flutuam os balões de ar quente?






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Conforme a relação entre o peso e a impulsão o corpo flutua, afunda ou permanece em equilibrio no interior do fluído.

Se a massa volúmica for igual à do

líquido, a impulsão é igual ao peso do

corpo e este fica em equilíbrio,

totalmente imerso.

Se a massa volúmica do corpo for

menor do que a do líquido, a

impulsão é maior do que o peso,

logo o corpo flutua.

Se a massa volúmica do corpo

for maior do que a do líquido, o

corpo afunda-se.

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