Compreendendo o Princípio de Arquimedes:Definição, Fórmula e Aplicações no Mundo Real

Arquimedes descobriu o princípio da flutuabilidade, que é usado em diversas aplicações, inclusive em navios. Permite-lhes flutuar quando o peso da água deslocada é igual ao peso do navio. Qualquer coisa moldada para deslocar seu próprio peso de água antes de atingir o ponto onde irá submergir certamente flutuará.

Hoje você conhecerá a definição, aplicações, fórmula, derivação, experimentos, exemplo e cálculo do princípio de Arquimedes.

Vamos começar!

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O princípio de Arquimedes trata das forças aplicadas a um objeto pelos fluidos que o rodeiam. Esta força aplicada reduz o peso líquido do objeto submerso em um fluido. Este princípio também pode ser visto como a lei física da flutuabilidade, que nos ajuda a compreender como os navios flutuam na água.

Em outras palavras, qualquer objeto, total ou parcialmente imerso em um fluido ou líquido, é sustentado por uma força igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto. Neste caso, o princípio de Arquimedes permite calcular a flutuabilidade de qualquer objeto flutuante parcial ou totalmente imerso em um fluido.

A força descendente sobre o objeto é o que chamamos de peso. A força ascendente ou de empuxo no objeto é o que afirma o princípio de Arquimedes. Portanto, a força resultante sobre o objeto é a diferença entre os módulos da força de empuxo e seu peso.

Se esta força resultante for negativa, o objeto certamente afunda, e se for positiva, o objeto sobe. Se o peso do objeto for zero, o objeto tem flutuabilidade neutra; isto é, permanece no lugar sem afundar ou subir.

Em termos simples, o princípio de Arquimedes afirma que quando um corpo está total ou parcialmente imerso num fluido, ele experimenta uma aparente perda de peso. Este peso é igual ao peso do fluido deslocado pela parte imersa do corpo.

Este princípio pode ser afirmado como a força de empuxo ascendente exercida sobre um corpo imerso em um fluido, parcial ou totalmente submerso, é igual ao peso do fluido que o corpo desloca e atua na direção ascendente no centro de massa do fluido deslocado.

Aplicações do Princípio de Arquimedes

Abaixo está a aplicação do princípio de Arquimedes em vários campos:

Submarino:

As aplicações de Arquimedes em submarinos são tão comuns devido à sua relação com o mar. Eles conseguiram permanecer debaixo d’água por causa de um componente chamado tanque de lastro, que permite que a água flua para dentro dele. Isso faz com que o submarino fique em sua posição debaixo d'água, pois o peso é maior que a força de empuxo.

Hindrômetro:

Para a medição da densidade relativa de líquidos, um hidrômetro é um instrumento utilizado. É feito de uma bala de chumbo que os faz flutuar verticalmente no líquido. Quando o hidrômetro afunda, a densidade do líquido será menor.

Balão de ar quente:

Os balões de ar quente são capazes de flutuar no ar porque a força de empuxo do balão de ar quente é menor que a do ar circundante. Portanto, o balão descerá quando a força de empuxo for maior. Isto é conseguido variando a quantidade de ar quente no balão.

Você também deverá ver como a força altera o estado do movimento com este guia!

A fórmula do princípio de Arquimedes

Tal como afirmado anteriormente, a lei de Arquimedes afirma que a força de empuxo sobre um objeto é igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto. É escrito matematicamente como

• Fb =ρ x g x V, onde
• Fb é a força de empuxo
• P é a densidade de um fluido
• V é o volume submerso
• g é a aceleração da gravidade.

Derivação do princípio de Arquimedes

• A massa do líquido deslocado é.
• Massa =Densidade × Volume =ρ × V
• Isso ocorre porque a densidade (ρ) é definida como
• Densidade, ρ =Massa/Volume =MV
• Assim, o peso desse líquido deslocado é
• Peso =Massa × Aceleração da gravidade
• W =M × g =ρ × V × g
• Assim, a partir do princípio de Arquimedes, podemos escrever
• A aparente perda de peso =peso da água deslocada =ρ×V×g
• Assim, a força de impulso é,
• Impulso =ρ × V × g

Onde:

• ρ é a densidade do líquido
• V é o volume de líquido deslocado

A força de impulso também é conhecida como força de empuxo porque é responsável pela flutuação dos objetos. Assim, esta equação também é chamada de lei da flutuabilidade.

Exemplos resolvidos do Princípio de Arquimedes

Q1. Calcule a força resultante se uma bola de aço com raio de 6 cm estiver imersa em água.

• Resposta:Dado,
• Raio da esfera de aço =6 cm =0,06 m
• Volume da esfera de aço, V =4/3πr³
• V =43π(0,063)
• ∴V =9,05 × 10 m³
• Densidade da água, ρ =1000 kg.m⁻³
• Aceleração da gravidade, g =9,8 m/s²-
• Fórmula do princípio de Arquimedes
• Fb =ρ × g × V
• Fb =(1000 kg.m⁻³) (9,8 m.s⁻²) (9,05 × 10 m³)
• ∴ Fb =8,87 N

Q2. Calcule a força de empuxo se um corpo flutuante estiver 95% submerso em água. A densidade da água é 1000 kg/m³.

Resposta:Dado,

• Densidade da água, p =1000 kg.m-3
• fórmula do princípio de Arquimedes
• Fb =ρ × g × V
  ou
• Vb × ρb × g =ρ × g × V

Onde:

• ρ, ge V são a densidade, a aceleração da gravidade e o volume da água
• Vb, ρb e g são o volume, a densidade e a aceleração devido à gravidade do corpo imerso
• Reorganizando a equação,
• ρb=VρVb
• Como 95% do corpo está imerso,
• 0,95 × Vb =V
• ∴ ρb =950 kg.m⁻³

Você também deverá ver a flutuabilidade, sua fórmula, exemplos e aplicações com este guia!

Conclusão

O princípio de Arquimedes trata das forças aplicadas a um objeto pelos fluidos que o rodeiam. Esta força aplicada reduz o peso líquido do objeto submerso em um fluido. Este princípio também pode ser visto como a lei física da flutuabilidade, que nos ajuda a compreender como os navios flutuam na água.