Unidade 4 Foras e fluidos Unidade 4 Foras

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 I P 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 intensidade da impulsão e a do peso do corpo são iguais. �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 I I P P Se o corpo se desloca para cima, então a força resultante tem sentido de baixo para cima. Isso significa que a intensidade da impulsão é superior à intensidade do peso. �I �> �P � Quando o corpo emerge, o volume de fluido deslocado é menor e o valor da impulsão diminui. O corpo fica em equilíbrio porque as intensidades da impulsão e do peso do corpo são iguais. �I �= �P �

Quando se coloca um objeto no meio de um fluido, pode ocorrer uma de três situações: Situação 3 Afundamento I I P Se o corpo se desloca para baixo, então a força resultante tem sentido de cima para baixo. Isso significa que a intensidade do peso é superior à intensidade da impulsão. �P �> �I � N P Quando o corpo atinge a base do recipiente, as forças que nele atuam ficam equilibradas. O recipiente exerce uma força de reação normal sobre o corpo e este fica em repouso. �I �+ �N �= �P �

Fatores que influenciam o valor da impulsão

Colocou-se o mesmo ovo em fluidos diferentes: Água salgada ρágua = 1 kg / dm 3 ρágua salgada = 1, 03 kg / dm 3 Em água, o ovo afunda-se. Em água salgada, o ovo sobe até à superfície. Em qual dos casos a impulsão sofrida pelo ovo é maior?

Colocou-se o mesmo ovo em fluidos diferentes: Água ρágua = 1 kg / dm 3 Água salgada ρágua salgada = 1, 03 kg / dm 3 Vamos analisar as forças que atuam no ovo quando este está totalmente imerso em água, depois de ter sido largado.

Colocou-se o mesmo ovo em fluidos diferentes: I I Água ρágua = 1 kg / dm 3 P Água salgada P ρágua salgada = 1, 03 kg / dm 3 Como se trata do mesmo ovo, o peso é igual em ambas as situações. Em água, o ovo afunda-se, logo a impulsão sofrida tem valor inferior ao peso. �I �< �P � Em água salgada, o ovo sobe, logo a impulsão sofrida tem valor superior ao peso. �I �> �P �

Colocou-se o mesmo ovo em fluidos diferentes: I I Água ρágua = 1 kg / dm 3 P Água salgada P ρágua salgada = 1, 03 kg / dm 3 Como a água salgada tem uma densidade superior, a impulsão sofrida pelo ovo também é superior. Quanto maior é a densidade do fluido, maior é a força de impulsão que este exerce sobre os corpos nele imersos.

Colocaram-se em água dois objetos com o mesmo peso: P Chumbo Madeira �P �= 5 N P 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: P Chumbo �P �= 5 N P Madeira �P �= 5 N Vamos analisar as forças que atuam nos blocos quando estes estão totalmente imersos em água, depois de terem sido largados.

Colocaram-se em água dois objetos com o mesmo peso: I I Chumbo �P �= 5 N P P Madeira �P �= 5 N O peso é igual em ambas as situações, mas o volume dos blocos é diferente. O bloco de chumbo afunda, logo a impulsão sofrida tem valor inferior ao peso. �I �< �P � O bloco de madeira sobe, logo a impulsão sofrida tem valor superior ao peso. �I �> �P �

Colocaram-se em água dois objetos com o mesmo peso: I I Chumbo �P �= 5 N P P Madeira �P �= 5 N 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.

A Lei de Arquimedes comprova as conclusões anteriores: �I �= ρfluido x Vfluido deslocado x �g � A partir da expressão, conclui-se que a impulsão é diretamente proporcional… … à densidade do fluido (ρfluido); 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 barcos variam consoante o tipo de embarcação.

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

… enquanto nos grandes navios são utilizados materiais 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 impulsão deve 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 impulsão deve 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: P I 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. P O volume de água deslocado é superior. I P P 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.

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.