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

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 intensidadeda impulsão e a do peso do corpo são iguais.

I

P

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

Se o corpo se desloca para cima, então a força resultante tem sentido de baixo para cima.

Isso significa que a intensidade da impulsãoé superior à intensidade do peso.

I > P O corpo fica em equilíbrio porque as intensidades

da impulsão e do peso do corpo são iguais.

I

P

I

P

Quando o corpo emerge, o volume de fluidodeslocado é menor e o valor da impulsão diminui.

I = P

Quando se coloca um objeto no meio de um fluido,pode ocorrer uma de três situações:

Situação 3 Afundamento

Se o corpo se desloca para baixo, então a força resultante tem sentido

de cima para baixo.

Isso significa que a intensidade do pesoé superior à intensidade da impulsão.

P > I O recipiente exerce uma força de reação normal

sobre o corpo e este fica em repouso.

I

Quando o corpo atinge a base do recipiente,as forças que nele atuam ficam equilibradas.

I

P

P

N

I + N = P

Fatores que influenciam o valor da impulsão

Colocou-se o mesmo ovo em fluidos diferentes:

Águaρágua = 1 kg / dm3

Água salgadaρágua salgada = 1,03 kg / dm3

Em qual dos casos a impulsão sofrida pelo ovo é maior?

Em água, o ovo afunda-se. Em água salgada, o ovo sobe até à superfície.

Colocou-se o mesmo ovo em fluidos diferentes:

Vamos analisar as forças que atuam no ovo quando este está totalmente imerso em água, depois de ter sido largado.

Águaρágua = 1 kg / dm3

Água salgadaρágua salgada = 1,03 kg / dm3

Colocou-se o mesmo ovo em fluidos diferentes:

Como se trata do mesmo ovo, o peso é igual em ambas as situações.

P

P

Em água, o ovo afunda-se, logo a impulsãosofrida tem valor inferior ao peso.

I < P Em água salgada, o ovo sobe, logo a impulsão

sofrida tem valor superior ao peso.

I > P

I

I

Águaρágua = 1 kg / dm3

Água salgadaρágua salgada = 1,03 kg / dm3

Colocou-se o mesmo ovo em fluidos diferentes:

Como a água salgada tem uma densidade superior,a impulsão sofrida pelo ovo também é superior.

P

PI

I

Quanto maior é a densidade do fluido, maior é a força de impulsão que este exerce sobre os corpos nele imersos.

Águaρágua = 1 kg / dm3

Água salgadaρágua salgada = 1,03 kg / dm3

Colocaram-se em água dois objetos com o mesmo peso:

P

P

Chumbo P = 5N

MadeiraP = 5N

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:

Vamos analisar as forças que atuam nos blocos quando estesestão totalmente imersos em água, depois de terem sido largados.

P

P

Chumbo P = 5N

MadeiraP = 5N

Colocaram-se em água dois objetos com o mesmo peso:

P

P

O peso é igual em ambas as situações, mas o volume dos blocos é diferente.

O bloco de chumbo afunda, logo a impulsãosofrida tem valor inferior ao peso.

I < P O bloco de madeira sobe, logo a impulsão

sofrida tem valor superior ao peso.

I > P

I

I

Chumbo P = 5N

MadeiraP = 5N

Colocaram-se em água dois objetos com o mesmo peso:

P

PI

I

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.

Chumbo P = 5N

MadeiraP = 5N

A Lei de Arquimedes comprova as conclusões anteriores:

A partir da expressão, conclui-se que a impulsão é diretamente proporcional…

… à densidade do fluido (ρfluido);

I = ρfluido x Vfluido deslocado x g

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 barcosvariam consoante o tipo de embarcação.

Na construção de barcos mais pequenos, são utilizados materiais como madeira ou fibra, …

… enquanto nos grandes navios são utilizadosmateriais 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 impulsãodeve 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 impulsãodeve 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.

Quando a madeira é colocada em água, o valor do peso é superior ao da

impulsão, e a madeira afunda-se.

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.

P

P

P

P

I

I

O volume de águadeslocado é superior.

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.