A impulsão depende do volume imerso, da densidade do líquido e do volume de líquido deslocado. Quanto maior o volume imerso e a densidade do líquido, maior será a impulsão. A Lei de Arquimedes estabelece que a impulsão é igual ao peso do volume de líquido deslocado, o que explica por que objetos flutuam ou afundam.
2. Porque 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?
Porque é que uma pessoa flutua mais
facilmente na água do mar do que na
água doce de uma piscina?
Nesta unidade vais aprender
3. É a Arquimedes, físico e matemático, 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 pedira a Arquimedes a
resolução de um problema:
A lenda de Arquimedes
O rei desconfiava que a sua coroa não continha
o ouro que ele tinha entregue a um artificie para
a fazer. O problema de Arquimedes seria
provar, sem destruir a coroa, que esta era
constituída por uma mistura de metais e não
por ouro puro.
4. Certo dia, Arquimedes terá descoberto
a solução para o problema, enquanto
tomava banho.
A solução do problema levou-o a enunciar a Lei de Arquimedes.
Ora Arquimedes, de quem se diz que era
muito distraído, ficou tão entusiasmado
A lenda de Arquimedes
Arquimedes ter-se-á apercebido, que o
aumento de volume observado na água,
era o volume do seu próprio corpo.
com a sua descoberta que saltou da banheira e saiu para a rua,
completamente nu, gritando:
«Eureka! Eureka!», que significa: Descobri! Descobri!
5. Qualquer corpo mergulhado num fluido (liquido ou gás), fica sujeito
a uma força vertical, de baixo para cima, exercida por esse fluido.
Essa força designa-se por impulsão e representa-se por I.
Quando estamos dentro de água parecemos ser mais leves, parece que
algo nos empurra para a superfície da água.
Impulsão
A impulsão nos líquidos é muito maior do que nos gases
6. Qualquer corpo mergulhado num liquido 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.
P
I
Pap
peso
real
peso
aparente
I
7. Qualquer corpo mergulhado num liquido tem um
peso inferior ao seu peso real. Esse peso designa-se
por peso aparente do corpo.
Pap = Pr – I I = Pr – Pap
Peso aparente = peso real – impulsão
O valor da impulsão pode ser calculado com base nesta
expressão matemática:
9. Quando é que um corpo vai ao fundo?
Se dentro do líquido P > I, o corpo vai para o fundo
10. Se dentro do líquido I = P, o corpo fica em
equilíbrio no interior do liquido
Quando é que um corpo fica no
interior de um líquido?
11. Se dentro do líquido I > P, o corpo sobe
até que I = P, e o corpo flutua
Quando é que um corpo flutua?
Para que um corpo flutue , num determinado fluido, é
necessário que a densidade desse corpo seja menor do
que a do fluido.
13. I = P do líquido deslocado
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.
Lei de Arquimedes
14. Lei de Arquimedes I = P do líquido deslocado
= 0,050 Kg
Massa
do líquido deslocado
Para calcular o peso, sabemos que:
gmP
I 0,5 N
Podemos confirmar o valor
da impulsão calculando-a
através da expressão:
I = Pr – Pap
I = 1,5N -1,0 N
I = 0,5N
15. Lei de Arquimedes
Como r água = 1,0 g/cm3, a 4ºC
r m
v
I = P do líquido
deslocado
m = 1,0 g/cm3 x 50 cm3
Podemos calcular também a massa do líquido deslocado, a partir do seu volume:
e novamente
r x v m
16. r = m
v
I = P do líquido deslocado
Como calcular diretamente a impulsão a partir do
volume do líquido deslocado?
Então podemos calcular o peso do líquido deslocado pela expressão:
m = r x v
Sabemos que a massa de um corpo se relaciona com o seu volume através
da sua densidade:
gmP
P liq. deslocado = r x v x g
e que
I = r x v x g
17. Como terá desvendado então Arquimedes, o
mistério da constituição da coroa?
Pensa-se que ele terá observado que massas iguais de
prata e de ouro faziam transbordar volumes de água
diferentes (porque os dois materiais têm densidades
diferentes).
Então, terá mergulhado numa bacia cheia de água um bloco de ouro
de massa igual à da coroa, e medido o volume de água que
transbordou. Terá depois repetido novamente o procedimento, mas
com um bloco de prata.
Terá então constatado que o volume de água que transbordou,
quando mergulhou o bloco de ouro, era menor do que quando
mergulhou o bloco de prata.
Ao repetir a experiência com a coroa, terá verificado que o volume de
água que transbordou era maior que o do bloco de ouro e menor do
que o do bloco de prata.
A coroa era então uma mistura de ouro e prata
18. Arquimedes também poderá ter utilizado outra
técnica de descobrir que a coroa não era feita só
de ouro:
20. De que depende a 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 dos gases, a
sua impulsão também é muito maior do que a dos gases.
21. De que depende a Impulsão?
Quando está em forma de
cesto, o volume imerso é maior.
Quanto maior for o volume (para um corpo feito do mesmo
material e com o mesmo peso), 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, ao aumentarmos o volume do
liquido deslocado, também aumentamos é a impulsão.
22. Maior o volume
imerso
Maior densidade
do líquido
Maior Impulsão
Maior Impulsão
Como a densidade dos líquidos é muito maior do
que dos gases, a sua impulsão também é muito
maior do que a dos gases.
De que depende a Impulsão?
23. 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
24. 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. Deste modo
tem-se sempre:
I = P
Porque flutuam os barcos?
P
I
25. Para submergir os submarinos deixam
entrar água para os tanques, passando
a ter :
Para vir à superfície, os tanques são
esvaziados para que fique:
I > P
Como funcionam os submarinos?
P > I
P = I
P > I
I > P
P = I
Quando chegam à superfície fica:
P = I
26. 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. Isso acontece quando a sua densidade
for menor do que a do ar.
Porque flutuam os balões de ar quente?
Os balões são então normalmente cheios com hélio ou com ar
quente, que são menos densos que o ar.
27. Vamos organizar ideias e resumir o essencial
Forças
exemplos de forças
Explicada pelo
Princípio de
Arquimedes
Que pode ser
prejudicial
são grandezas...
Caracterizam-se
por
Ponto de
aplicação
da soma vetorial de um
sistema de forças obtém-se
Fr≠0 Fr=o
…. Lei de Newton
resultam da interação
entre corpos
3ª Lei de Newton
…. Lei de Newton
Fr = mxa
Se o vetor Fr tem a mesma
direção e sentido do movimento
Se o vetor Fr tem a mesma
direção e sentido oposto ao
movimento
O movimento pode ser
alterado por:
28. Vamos organizar ideias e resumir o essencial
Forças
exemplos de forças
Impulsão Atrito
Explicada pelo
Princípio de
Arquimedes
Que pode ser
Útil prejudicial
vetoriais
são grandezas...
Caracterizam-se
por
Direção
Sentido
Ponto de
aplicação
Intensidade
da soma vetorial de um
sistema de forças obtém-se
Força Resultante
Fr≠0 Fr=o
Repouso M.R.U
1ª Lei de Newton
resultam da interação
entre corpos
3ª Lei de Newton
2ª Lei de Newton
Fr = mxa
Se o vetor Fr tem a mesma
direção e sentido do movimento
Se o vetor Fr tem a mesma
direção e sentido oposto ao
movimento
a < 0
a > 0
O movimento pode ser
alterado por:
30. 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, ao aumentarmos o volume do
liquido deslocado, também aumentamos é a impulsão.
