Princípios de Arquimedes
Certamente você já teve a sensação de que os corpos submersos em uma piscina aparentam diminuir seus pesos ou já se perguntou por que um cubo de gelo fica boiando na superfície de um copo contendo água. Estes e outros diversos exemplos que ocorrem no nosso cotidiano são aplicações do princípio de Arquimedes.
O princípio de Arquimedes (ou teorema de Arquimedes) afirma que todo corpo totalmente imerso ou parcialmente imerso em um líquido qualquer fica sujeito a uma força vertical de baixo para cima, igual ao peso da porção de líquido deslocada pelo corpo. Esta força é denominada força de empuxo, representada pela equação E = P = m · g.
Diagrama de Forças
Na Figura 1, exemplificamos o princípio de Arquimedes com um sistema contendo um cubo de gelo dentro de um copo de água. A força de empuxo é uma força contrária à força peso, atuando para diminuir a intensidade da força peso. É exatamente essa força que proporciona a sensação de que o peso dos corpos imersos em líquidos diminui.
Equação do Empuxo
Considerando a relação entre massa, densidade e volume, D = m/V, a equação para o empuxo é dada por E = D · Vliq.desl. · g, onde Vliq.desl. é o volume de líquido deslocado pelo corpo submerso. A partir disso, destacam-se as seguintes situações:
- Quando um corpo está totalmente submerso em um líquido, então Vliq.desl. = Vreal do corpo.
- Se o corpo está flutuando, apenas a porção do corpo que está mergulhada no líquido representará o volume de líquido deslocado.
- Se a força peso for maior que a força de empuxo, o corpo descerá com aceleração constante, quando a densidade do corpo for maior do que a densidade do líquido.
- Se a força peso for menor que a força de empuxo, o corpo subirá com aceleração constante até flutuar na superfície do líquido. Isso ocorrerá quando a densidade do corpo for menor do que a densidade do líquido.
- Se a força peso for igual à força de empuxo, o corpo ficará em equilíbrio, independentemente do ponto em que for colocado. Isso acontece quando as densidades do corpo e do líquido são iguais.
