Se você jogar uma barra de ferro no mar, verá que ela afunda rapidamente. Porém, um barco que pesa muito mais que a barra de ferro, e que pode ser feito de metal, consegue se manter flutuando na água.

A flutuabilidade é a propriedade que faz os navios flutuarem e foi descrita pela primeira vez por Arquimedes , um dos mais importantes cientistas da Antiguidade Clássica (287 aC – 212 aC). A flutuabilidade de um corpo é determinada pelo que é conhecido como Princípio de Arquimedes . Nos corpos compressíveis, intervém a Lei de Boyle-Mariotte, que explica como a flutuabilidade desses corpos muda quando seu volume varia.

A flutuabilidade dos navios e o Princípio de Arquimedes

O Princípio de Arquimedes diz: “Um corpo totalmente ou parcialmente submerso em um fluido em repouso é empurrado de baixo para cima com uma força igual ao peso do volume do fluido que o corpo deslocou.” Essa força é conhecida como empuxo hidrostático e é medida, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades, em newtons. A formulação matemática é:

Onde:

  • E é o empuxo hidrostático
  • g é a aceleração da gravidade
  • sou a massa
  • V é o volume de fluido deslocado
  • ρ é a densidade do fluido.

O impulso hidrostático depende, portanto, da densidade do fluido e do volume de fluido deslocado (igual ao volume do objeto submerso), pois na Terra a aceleração da gravidade é constante (9,81 m / s 2 ). Quando a força do impulso hidrostático é igual ao peso do objeto, ele para de submergir.

Diz-se que Arquimedes descobriu esse fato enquanto tomava banho na banheira. Naquele momento relaxante, ele percebeu que quando um objeto é imerso em um fluido, como a água do banho, o nível do fluido sobe porque o objeto deslocou parte do fluido. Arquimedes notou que qualquer objeto colocado em um fluido submergirá até que o peso da quantidade de fluido deslocado seja igual ao peso do objeto .

Materiais diferentes, com densidades diferentes, mas o mesmo volume, terão flutuações diferentes. Considere, por exemplo, um balão inflado cheio de ar e uma pedra do mesmo tamanho. Ambos os objetos ocupam o mesmo volume no espaço, mas a pedra vai afundar e o balão vai flutuar. Isso se deve à maior densidade da pedra.

Por ser mais densa, o peso da pedra é maior que o peso da água que ela desloca e a força de impulso hidrostática não é igual ao peso da pedra. A pedra afunda. Diz-se que a pedra tem uma baixa relação volume-peso, ou seja, baixo volume e alto peso. Um navio é essencialmente uma carcaça cheia de ar e tem uma alta relação volume-peso, ele deslocará rapidamente um volume de água cujo peso é equivalente ao peso do navio e, portanto, o navio flutua .

Por que um navio flutua?

Logicamente, quando os navios são carregados, a relação volume-peso diminui e ele afunda mais, mas permanecerá à tona, desde que não esteja sobrecarregado a ponto de tornar a relação volume-peso muito baixa (baixo volume para tanto peso). Lembre-se de que mesmo que o navio esteja aberto no topo, o ar contido entre as paredes conta como o volume do objeto.

Agora que você sabe como os navios flutuam, será mais fácil entender e explicar como outros objetos flutuam, incluindo o corpo humano. A relação volume-peso é a chave.