Empuxo
O empuxo é uma força hidrostática, introduzida pelo princípio de Arquimedes, que atua somente em corpos submersos em fluidos. Dependendo da sua relação com a força peso, os corpos podem flutuar, equilibrar ou afundar quando postos em um fluido.
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Resumo sobre empuxo
- O empuxo é uma força hidrostática que atua somente em corpos submersos em fluidos.
- A força empuxo é uma grandeza física vetorial com orientação vertical para cima.
- É calculada pelo produto da massa específica do fluido, pela aceleração da gravidade e pelo volume do fluído deslocado.
- O princípio de Arquimedes introduz o conceito da força empuxo.
- O peso aparente é a diferença entre o peso real do objeto e a força empuxo.
- O corpo flutuará quando a força do empuxo atuando sobre ele for superior à força peso.
- O corpo ficará em equilíbrio quando a força empuxo atuando sobre ele for igual à força peso.
- O corpo afundará quando a força empuxo atuando sobre ele for menor que a força peso.
Videoaula sobre empuxo
O que é empuxo?
O empuxo é uma força hidrostática executada pelo fluido sobre o corpo, assim, ela atua sobre corpos total ou parcialmente imersos em um fluido, conforme aborda o enunciado geral do princípio de Arquimedes:
“Quando um corpo está total ou parcialmente submerso em um fluido, uma força de empuxo E exercida pelo fluido age sobre o corpo. A força é dirigida para cima e tem um módulo igual ao peso do fluído deslocado pelo corpo.”|1|
Por ser uma grandeza física vetorial, é necessário identificarmos a orientação da força empuxo:
- Direção: vertical.
- Sentido: para cima e contrário à força peso.
- Módulo: dado pelo peso do fluído deslocado pelo corpo.
→ Exemplos de empuxo
Sempre que um corpo estiver em um fluido, temos a força empuxo atuando sobre ele. Alguns exemplos disso são:
- Quando estamos dentro da piscina.
- Quando um navio está se movimentando na água.
- Quando um gelo está flutuando sobre um líquido.
Fórmula do empuxo
O módulo da força empuxo pode ser calculado pela fórmula:
- E → força de empuxo, medida em Newtons [N].
- mf → massa do fluido deslocado pelo corpo, medida em quilograma [kg ].
- g → aceleração da gravidade, medida em metro por segundo quadrado [m/s2].
Ele também pode ser representado pela fórmula:
- E → força de empuxo, medida em Newton [N].
- df → densidade do fluído, medida em quilograma por metro cúbico [kg/m3].
- Vfd → volume do fluído deslocado, medido em metro cúbico m3 .
- g → aceleração da gravidade, medida em metro por segundo ao quadrado [m/s2].
Princípio de Arquimedes
O princípio de Arquimedes foi desenvolvido pelo polímata Arquimedes de Siracusa (287 a.C.- 212 a.C.) e nos introduz o conceito da força empuxo. O historiador Vitrúvio (80 a.C.-15 a.C.) conta que o rei de Siracusa, Herão, pediu para que Arquimedes identificasse se a coroa que ele havia encomendado era inteiramente de ouro ou continha outros metais além desse, para, assim, ordenar a sua destruição, então:
“Enquanto Arquimedes pensava sobre o problema, chegou por acaso ao banheiro público, e lá, sentado na banheira, notou que a quantidade de água que transbordava era igual à porção imersa de seu corpo. Isto lhe sugeriu um método de resolver o problema, e sem demora saltou alegremente da banheria e, correndo nu para casa, gritava bem alto que tinha achado o que procurava. Pois, enquanto corria, gritava repetidamente em grego ‘eureka! eureka!’ (‘achei! achei!’).”|2|
Surgiu, assim, o princípio de Arquimedes. Como vimos, o enunciado geral do princípio de Arquimedes é o seguinte:
“Quando um corpo está total ou parcialmente submerso em um fluido, uma força de empuxo E exercida pelo fluido age sobre o corpo. A força é dirigida para cima e tem um módulo igual ao pelo do fluído deslocado pelo corpo.”|3|
Para saber mais detalhes sobre o princípio de Arquimedes, clique aqui.
Peso aparente
O peso aparente é a medida do peso de um corpo que está inserido completamente sobre um líquido, isso ocorre porque a força empuxo agindo sobre o corpo tende a empurrá-lo para cima, diminuindo a sua força peso. Assim, o corpo parece ser mais leve do que quando está fora do líquido, como na imagem abaixo.
O peso aparente é calculado pela fórmula:
- Pap → peso aparente do corpo, medido em Newton [N].
- P → força peso no corpo, medida em Newton [N].
- E → força de empuxo, medida em Newton [N].
Casos de flutuação
Um corpo é capaz de flutuar, afundar ou se manter em equilíbrio de acordo com a relação entre a massa específica do fluido e a massa específica do corpo.
- Corpo flutuando: um corpo flutua quando a sua massa específica é menor do que a massa específica do fluido, fazendo com que a força empuxo sobre ele seja maior do que a força peso sobre ele, como se pode observar na imagem 1.
- Corpo equilibrado: um corpo se mantém em equilíbrio quando a sua massa específica é igual à massa específica do fluido, fazendo com que a força empuxo sobre ele seja igual à força peso sobre ele, como se pode observar na imagem 2.
- Corpo submerso: um corpo afunda quando a sua massa específica é maior do que a massa específica do fluido, fazendo com que a força empuxo sobre ele seja menor do que a força peso sobre ele, como se pode observar na imagem 3.
Acesse também: Força elástica — a força de reação que um corpo exerce para resistir a uma deformação
Exercícios resolvidos sobre empuxo
Questão 1
(Mackenzie) Um navio flutua porque
A) seu peso é pequeno quando comparado com seu volume.
B) seu volume é igual ao volume do líquido deslocado.
C) o peso do volume do líquido deslocado é igual ao peso do navio.
D) o peso do navio é menor que o peso do líquido deslocado.
E) o peso do navio é maior que o peso do líquido deslocado.
Resolução:
Alternativa C
O navio flutua porque a força empuxo é igual ao peso do volume do líquido deslocado, equivalente ao peso do navio para que o sistema se mantenha em equilíbrio.
Questão 2
(Fuvest) Um objeto homogêneo colocado em um recipiente com água tem 32% de seu volume submerso; já em um recipiente com óleo, esse objeto tem 40% de seu volume submerso. A densidade desse óleo, em g/cm3, é:
Note e adote:
Densidade da água = 1 g/cm3
A) 0,32
B) 0,40
C) 0,64
D) 0,80
E) 1,25
Resolução:
Alternativa D
Primeiramente, calcularemos o empuxo do objeto quando colocado na água por meio da fórmula do empuxo:
Depois, calcularemos o empuxo do objeto quando colocado na óleo por meio da fórmula do empuxo:
Os empuxos serão iguais, já que o empuxo é equivalente ao peso do objeto, que se manteve o mesmo, então:
Notas
|1|, |2| e |3| NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor (vol. 2). 5 ed. São Paulo: Blucher, 2015.
Fontes
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica (vol. 2) 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.
NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor (vol. 2). 5 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2015.