Calculadora de flutuabilidade

A história da flutuabilidade

The concept of buoyancy was discovered by the Greek mathematician and physicist Archimedes (287-212 BCE) in one of history's most famous "eureka" moments. According to the legend, King Hiero II of Syracuse had commissioned a goldsmith to make a crown of pure gold. Suspecting that the goldsmith had substituted some silver for gold, the king asked Archimedes to determine if the crown was pure gold without damaging it.

Enquanto tomava banho, Arquimedes notou que o nível da água subiu quando entrou na banheira. Ele percebeu que o volume de água deslocada era igual ao volume da parte de seu corpo que estava submersa. Este insight deu-lhe um método para medir o volume de objetos irregulares como a coroa. Comparando o peso da coroa com o peso de um volume igual de ouro puro, ele pôde determinar se a coroa era ouro puro ou continha outros metais.

So excited was Archimedes by this discovery that he reportedly ran naked through the streets of Syracuse shouting "Eureka!" (I have found it!). The crown was indeed found to displace more water than an equal weight of pure gold, proving it was not made of pure gold.

Compreender a flutuabilidade

A flutuabilidade é a força ascendente exercida por um fluido (líquido ou gás) que se opõe ao peso de um objeto imerso. Essa força ocorre porque a pressão em um fluido aumenta com a profundidade devido ao peso do fluido acima, criando uma diferença de pressão entre a parte superior e inferior de um objeto submerso.

Há três estados de flutuabilidade que um objeto pode experimentar:

• flutuabilidade positiva:Quando a força flutuante é maior que o peso do objeto, fazendo-o flutuar ou subir.
• flutuabilidade negativa:Quando a força flutuante é menor que o peso do objeto, fazendo-o afundar.
• flutuabilidade neutra:Quando a força flutuante é igual ao peso do objeto, fazendo com que ele permaneça suspenso a uma profundidade constante.

Fatores que afetam a flutuabilidade

Vários fatores-chave determinam a flutuabilidade de um objeto:

1. Densidade:O fator primário determina se um objeto flutua ou afunda. Objetos com densidades inferiores ao fluido flutuarão, enquanto aqueles com densidades mais altas afundarão.
2. Volume:Quanto maior o volume de um objeto, mais fluido ele desloca e maior a força flutuante.
3. Forma:Mesmo materiais densos podem flutuar se moldados para deslocar fluido suficiente. Isto explica por que os navios de aço flutuam apesar do aço ser mais denso do que a água.
4. Densidade do fluido:Fluidos densadores (como água salgada em comparação com água doce) exercem maiores forças flutuantes em objetos submersos.

Aplicações do Mundo Real

Princípios de flutuabilidade são essenciais em muitas aplicações tecnológicas e cotidianas:

• Navios e embarcações:Projetado com cascos ocos que deslocam água suficiente para criar uma força flutuante maior do que o seu peso.
• Submarinos:Controle sua flutuabilidade usando tanques de lastro. Ao absorver água, aumentam sua densidade e afundam; ao expulsar água com ar comprimido, diminuem sua densidade e aumentam.
• Balões de ar quente:Use ar aquecido (que é menos denso do que o ar fresco circundante) para criar flutuabilidade na atmosfera.
• Mergulho:Os mergulhadores usam dispositivos compensadores de flutuabilidade (BCDs) para alcançar flutuabilidade neutra em diferentes profundidades, ajustando-se para mudanças de pressão.
• Bexigas de natação de peixes:Permitir que os peixes mantenham flutuabilidade neutra, ajustando o volume de gás em suas bexigas de natação.
• Hidrometros:Instrumentos que utilizam princípios de flutuabilidade para medir a densidade ou gravidade específica dos líquidos.

A Física dos Fluidos

A flutuabilidade está intimamente ligada a vários outros princípios na física fluida:

• Pressão e profundidade:A pressão do fluido aumenta linearmente com a profundidade, criando o gradiente de pressão que gera força flutuante.
• Deslocamento:O volume de fluido deslocado por um objeto é igual ao volume da porção do objeto que está submerso.
• Peso aparente:O peso aparente de um objeto em um fluido é igual ao seu peso real menos a força flutuante.
• Estabilidade:A estabilidade de um objeto em um fluido depende das posições relativas de seu centro de gravidade e seu centro de flutuabilidade (o centro de massa do fluido deslocado).

A flutuabilidade é a força ascendente exercida por um fluido sobre um objeto imerso nele. Esta força é igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto.

Para calcular a força flutuante, siga estes passos:

1. 1
   Medir o volume do objeto submerso
2. 2
   Determinar a densidade do fluido
3. 3
   Multiplique o volume pela densidade do fluido e aceleração gravitacional

Densidades comuns dos materiais (kg/m3):

• Água: 1000
• Alumínio: 2700
• Aço: 7850
• Madeira (pino): 500
• Ar: 1.225