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Mecânica dos fluidos

O que é o princípio de Arquimedes? Experimente e aplicativos

O que é o princípio de Arquimedes? Experimente e aplicativos

O princípio de Arquimedes nos diz que um corpo imerso em um fluido experimenta uma força de empuxo igual ao peso do fluido deslocado. Essa força se deve à pressão que o fluido exerce na superfície do objeto submerso.

Neste artigo, veremos como esse princípio pode ser usado para experimentação e também encontraremos alguns de seus usos práticos.

O princípio de Arquimedes foi descoberto por Arquimedes de Siracusa, um engenheiro e matemático grego que viveu no século III aC. C. Segundo a lenda, ele descobriu este princípio durante o banho.

Arquimedes é um dos cientistas mais importantes da antiguidade. Além da lei de Arquimedes, ele também inventou a roda d'água e o torno mecânico, e fez importantes contribuições à geometria e trigonometria.

O que é o princípio de Arquimedes?

O princípio de Arquimedes é uma lei física que descreve o comportamento de corpos flutuando e submersos em um fluido.

De acordo com o experimento de Arquimedes, o volume do fluido deslocado é igual ao volume do objeto submerso. Ao mesmo tempo, de acordo com este princípio, o corpo submerso experimenta um empuxo ascendente igual ao peso do volume de fluido deslocado.

Essa força, conhecida como "impulso", é produzida quando os fluidos interagem com objetos sólidos. O fluido exerce uma pressão em cada porção da superfície do objeto. O empuxo é a soma de todas essas pressões por unidade de área e é aplicado no centro de gravidade do objeto em estudo.

O peso correspondente ao fluido deslocado é igual ao produto da aceleração da gravidade pela densidade do fluido e o volume da referida porção.

O que é um fluido?

É uma substância que flui continuamente, seja no estado gasoso ou líquido. Os fluidos podem ser líquidos comuns (como água), gases (como ar), fluidos especiais (como óleos lubrificantes).

Como funciona o princípio de Arquimedes?

Imagine que você está em uma piscina flutuando, ou seja, parcialmente submersa. De acordo com o princípio de Arquimedes, você está experimentando uma força ascendente igual ao peso da água que deslocou.

Em outras palavras, a força que a gravidade exerce sobre você é igual ao peso da água deslocada por você.

Como é determinada a densidade flutuante?

Para saber se um objeto flutua ou não, você precisa saber a densidade do objeto e a densidade do fluido que o envolve. De acordo com o princípio de Arquimedes, se o objeto for mais leve que o fluido (tem densidade menor), ele flutuará nele; se for mais pesado (tem densidade mais alta), o objeto afunda porque o empuxo não pode neutralizar a força da gravidade.

Experiência do princípio de Arquimedes

O rei Hieron II de Siracusa pediu ao ourives para criar uma coroa de ouro, mas suspeitou que o material dentro não era verdadeiramente ouro. Para corroborar. pediu a Arquimedes que pensasse em um método manual para testar se era inteiramente ouro ou incluía algum material mais barato.

Arquimedes tentou resolver esse problema, mas inicialmente não conseguiu encontrar um caminho. Segundo a lenda, a solução veio a ele enquanto tomava banho. Enquanto ele estava sentado no banho, ele notou o nível da água subindo e de repente foi inspirado por isso.

Esta experiência permitiu-lhe conhecer o volume da coroa medindo o volume de água deslocada. Ao dividir o volume deslocado pelo peso da coroa, obteve a densidade da coroa.

Observando que a densidade obtida não correspondia à densidade do ouro, confirmou que as suspeitas do rei estavam corretas.

Aplicações do princípio de Arquimedes

O princípio de Arquimedes pode ser usado em uma infinidade de aplicações; entre eles destacamos os seguintes:

  • Determine o volume de objetos irregulares, como os encontrados na natureza. 

  • Calcule a densidade dos objetos.

  • Calcule as forças necessárias para levantar objetos pesados, especialmente nas áreas de arquitetura e engenharia.

Exemplos práticos do princípio de Arquimedes

A lei de Arquimedes é um dos princípios físicos mais importantes e está presente na vida cotidiana de várias maneiras. Aqui estão alguns exemplos práticos do princípio de Arquimedes:

  • Ao nadar, o corpo humano recebe um empurrão para cima igual ao peso da água que desloca.

  • Um navio no mar flutua porque o volume de água que ele desloca é igual ao do navio. O peso do navio é contrabalançado pelo empuxo ascendente da água.

  • Balões de ar quente são mantidos no ar pelo princípio de Arquimedes. Neste caso, o fluido é o ar. O balão está completamente submerso em ar cuja densidade é maior que a do ar quente. Portanto, o balão de ar quente sofre um empuxo vertical correspondente ao peso do ar deslocado que é maior que o peso do ar quente combinado com o peso de todo o balão.

  • Os icebergs flutuam porque a água congelada tem uma densidade ligeiramente inferior à da água líquida. De acordo com o princípio de Arquimedes, o peso total do iceberg é igual ao peso da água que ocuparia a parte submersa do iceberg.

Autor:
Data de Publicação: 9 de novembro de 2022
Última Revisão: 9 de novembro de 2022