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Empuxo

O empuxo é uma força vertical que atua sobre todo objeto mergulhado em um fluido. Essa força é conhecida como Princípio de Arquimedes.
Os grandes navios flutuam por causa do equilíbrio entre peso e empuxo
Os grandes navios flutuam por causa do equilíbrio entre peso e empuxo

Ao mergulhar total ou parcialmente um objeto em um fluido qualquer, surgirá sobre o objeto uma força denominada de empuxo, que é exercida pelo fluido e possui direção vertical e sentido para cima.

A imagem acima mostra um objeto esférico parcialmente imerso em um fluido de densidade ρ. Sobre o objeto atuam duas forças: peso e empuxo.

Como surge o empuxo?

Imagine um objeto completamente imerso em água. A pressão exercida pelo líquido atua em todos os pontos do objeto. À medida que o corpo vai afundando, a pressão em seus pontos inferiores torna-se maior que a pressão nas partes superiores. A diferença de pressão gera a força denominada de empuxo.

Como o empuxo foi descoberto?

A descoberta dessa força é atribuída ao grego Arquimedes, que definiu a grandeza da seguinte forma:

“Todo corpo mergulhado em um líquido sofre uma força chamada de empuxo que corresponde ao peso do volume de líquido deslocado”.

O empuxo é tratado em diversas literaturas como Princípio de Arquimedes.

Como o empuxo é calculado?

O empuxo corresponde ao peso do volume de líquido deslocado pelo corpo imerso em um fluido. Sabendo que o peso é fruto do produto da massa pela gravidade e chamando de mDES a massa de líquido deslocado, temos:

E = mDES . g

A densidade volumétrica é definida como a razão entre a massa e o volume da substância, sendo assim, para o volume de líquido deslocado (VDES), temos:

ρ = mDES ÷ VDES

mDES = ρ . VDES

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Portanto, o empuxo pode ser definido como:

E = ρ . VDES . g

OBS: O volume de líquido deslocado corresponde ao volume imerso do corpo mergulhado no fluido.

Flutuação de navios

Alguma vez você já se perguntou como os enormes navios cargueiros ou transatlânticos flutuam no mar sendo tão pesados? A resposta está no empuxo!

Quando determinado objeto não maciço é depositado sobre um fluido, o seu peso atua na vertical para baixo. À medida que o objeto desce, a quantidade de fluido deslocado aumenta e o empuxo também aumenta. No momento em que o empuxo se tornar igual à força peso, o objeto permanecerá em um estado de equilíbrio estático e flutuará na superfície do líquido.

Exemplo de exercício

Um objeto de densidade 300 kg/m3 e massa 15.000 kg flutua nas calmas águas de um lago. Se a densidade do fluido é 1000 kg/m3, determine o volume emerso do corpo.

Resolução:

Como o objeto flutua na água, podemos dizer que o empuxo é igual ao peso:

E = p
ρ . VDES . g = m . g

ρ . VDES = m

1000 . VDES = 15.000
VDES = 15 m3

A partir da definição de densidade, podemos encontrar o volume total do corpo:

ρ = m ÷ V

V = m ÷ ρ

V = 15.000 ÷ 300

V = 50 m3

Como o volume total do corpo é 50 m3 e o volume imerso em água é de 15 m3, podemos concluir que o volume emerso é de 35 m3.

Publicado por Joab Silas da Silva Júnior

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