Quem é o mais pesado: 1 kg de chumbo ou 1 kg de algodão?

Quem é o mais pesado: 1 kg de chumbo ou 1 kg de algodão? A resposta é: o peso dos dois é igual, mas, se você colocá-los em uma balança, o chumbo parecerá ser o mais “pesado”.
 

O que são massa e peso?

Massa é uma grandeza física inerente aos corpos – ela mede a quantidade de matéria contida neles. A unidade de massa no Sistema Internacional de Unidades é o quilograma (kg).

Veja também: Sistema Internacional de Unidades

Peso é a força de atração gravitacional que duas massas exercem mutuamente entre si. Corpos com grandes massas, como planetas e estrelas, têm um grande campo gravitacional e, portanto, atraem com maior força outros corpos ao seu redor. Dois corpos idênticos em planetas diferentes sempre terão a mesma massa, mas o seu peso poderá ser diferente, de acordo com o valor da gravidade local.

Saiba também: Diferença entre massa e peso

O peso de um corpo de massa m, sujeito a uma aceleração gravitacional g, pode ser calculado pela seguinte equação:

Portanto, um objeto de 1 kg de massa no campo gravitacional terrestre, que é de aproximadamente 9,8 m/s², tem um peso igual a 9,8 N:
 

Quem é o mais pesado?

Afinal de contas, se os pesos de 1 kg de chumbo e algodão são iguais, por que as balanças podem indicar que o algodão é mais leve?

Isso acontece porque as balanças não medem diretamente o peso dos corpos, mas sim a reação à compressão, chamada de força normal.

Leia também: O que é força normal?

Se, ao subir na balança, alguém se apoiar sobre você, fazendo uma força para baixo, ela indicará uma massa maior. Porém, o aumento indicado pela balança não está relacionado a um aumento de massa, e sim ao aumento da força de compressão feita sobre ela.

De forma similar, quando colocamos 1 kg de algodão em cima de uma balança, ela mede uma força de compressão menor que aquela exercida por 1 kg de chumbo. Isso ocorre porque todos os corpos que se encontram dentro de um fluido como a água ou o ar atmosférico estão sujeitos a uma força vertical, que aponta para cima, denominada empuxo.

Veja também: O que é empuxo?

O empuxo surge sobre os corpos que ocupam espaço dentro de um fluido em decorrência da diferença de pressão (atmosférica ou hidrostática). A pressão, por sua vez, está intimamente relacionada à altura: quanto maior a profundidade, maior será a influência da pressão exercida sobre o corpo – logo, as porções mais baixas de um corpo sofrem uma pressão maior. Se a resultante das forças que atuam sobre o corpo apontar para cima, ele flutuará, assim como acontece com as bolhas de gás em um refrigerante ou com um balão de ar quente.

Pressão sobre as partes mais baixas do corpo é maior que a pressão superior, fazendo com que ele flutue

O empuxo é uma grandeza vetorial que depende da densidade do fluido, da gravidade local e do volume de fluido deslocado, podendo ser calculada pela equação abaixo:
 

A resultante das forças peso e empuxo é chamada de peso aparente. É graças a essa força resultante que as coisas parecem mais leves do que realmente são quando estão dentro da água, por exemplo. Quanto maior for o volume do corpo, menor será o seu peso aparente, e é justamente por isso que o algodão terá na balança uma medida levemente menor que o chumbo. Para ter a mesma massa que o chumbo, o algodão ocupa um volume muito maior, já que sua densidade é baixa. Com isso, o empuxo sobre ele é muito mais significativo do que aquele exercido sobre o chumbo.

Veja também: Segunda lei de Newton
 

Calculando o empuxo sobre o algodão

Vamos calcular o peso aparente de 1 kg de algodão, considerando que: essa massa de algodão ocupe um volume de 4,3 litros (4,3.10^-3 m³), a densidade do ar seja de aproximadamente 1,29 kg/m³ e a gravidade local seja de 9,8 m/s²:
 

Como o peso aparente de 1 kg de algodão é de 9,74 N, a balança indicaria uma massa de 994,4 g de algodão.

Já que é muito denso, o chumbo ocupa um volume muito menor – por isso o empuxo atmosférico sobre ele é quase desprezível e dificilmente medido por balanças convencionais, que têm baixa precisão.