Whatsapp icon Whatsapp

Empuxo

O empuxo é uma força hidrostática que atua somente em corpos submersos em fluidos. Ela é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo imerso no fluido.
Copo com uma cortiça flutuando e com um peso afundado, situação que evidencia a força empuxo.
O empuxo é uma força que sempre atua nos corpos imersos em fluidos.

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.

Leia também: Força normal — a força de reação que uma superfície exerce sobre qualquer corpo que lhe aplica uma força

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|

Ilustração mostrando a ação da força empuxo.
Força empuxo.

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:

\(E=m_f\cdot g\)

  • 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:

\(E=d_f\cdot V_{fd}\cdot g\)

  • 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].

Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)

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.

Peso aparente do corpo, medida ligada à força empuxo.
Peso aparente do corpo.

O peso aparente é calculado pela fórmula:

\(P_{ap}=P-E\)

  • 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.

Comparação da força peso com a força empuxo.
Comparação da força peso (em vermelho) com a força empuxo (em azul).
  • 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:

\(E_A=d_f\cdot g\cdot V_{fd}\)

\(E_A=1\cdot g\ \cdot0,32\ V\)

Depois, calcularemos o empuxo do objeto quando colocado na óleo por meio da fórmula do empuxo:

\(E=d_f\cdot g\cdot V_{fd}\)

\(E_O=d\cdot g\ \cdot0,4\ V\)

Os empuxos serão iguais, já que o empuxo é equivalente ao peso do objeto, que se manteve o mesmo, então:

\(E_A=E_O\)

\(1\cdot g\ \cdot0,32\ V=d\cdot g\ \cdot0,4\ V\)

\(1\cdot0,32\ =d\cdot0,4\)

\(d=\frac{0,32}{0,4}\)

\(d=0,8\ g/{cm}^3\)

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.

Publicado por Pâmella Raphaella Melo
Assista às nossas videoaulas

Artigos Relacionados

A ponta de um iceberg
Veja aqui o que é um iceberg e veja também a equação que nos permite determinar o volume da parte submersa de um iceberg.
Arquimedes
Você sabe quem foi Arquimedes? Clique aqui e veja por que esse importante inventor saiu correndo nu pelas ruas de sua cidade.
Hidrodinâmica
Clique aqui, entenda o que é a Hidrodinâmica e descubra o que ela estuda. Conheça seus principais conceitos e saiba quais são suas fórmulas.
Hidrostática
Você sabe o que é hidrostática? Conheça os principais conceitos e fórmulas dessa área da Física, bem como confira exercícios resolvidos.
Princípio de Pascal
Entenda o que diz o princípio de Pascal. Conheça a fórmula e as aplicações do princípio de Pascal no dia a dia e veja sua relação como o princípio de Stevin.
Teorema de Arquimedes
Teorema de Arquimedes, teorema do empuxo, hidrostática, densidade do líquido deslocado, peso aparente, empuxo, fluido em equilíbrio, força de um fluido.
Teorema de Stevin
Clique aqui e descubra o que diz o teorema de Stevin. Conheça sua fórmula, veja exemplos e saiba algumas de suas aplicações cotidianas.
Vasos Condutores de Seiva: Lenho e Líber
Feixes de vasos condutores de seiva: bruta e elaborada.
video icon
Planeta Terra em fundo azul
Geografia
Planeta Terra
Assista à videoaula e conheça as características mais relevantes sobre nosso planeta. Saiba quais são os elementos geográficos mais marcantes do planeta Terra.