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.
Um fluido é uma substância que flui continuamente, seja no estado gasoso ou líquido. Os fluidos podem ser líquidos comuns (como a água), gases (como o ar), fluidos especiais (como óleos lubrificantes).
O princípio de Arquimedes foi descoberto por Arquimedes de Siracusa, um engenheiro e matemático grego que viveu no século III aC. C., um dos mais importantes cientistas da Antiguidade. Segundo a lenda, ele descobriu esse princípio enquanto tomava banho. A título de curiosidade, acrescentaremos que além da lei que leva seu nome, ele também inventou a roda d'água e o torno mecânico, e deu importantes contribuições à geometria e à trigonometria.
Qual é o princípio de Arquimedes?
O princípio de Arquimedes é uma lei física que descreve o comportamento de corpos flutuantes e submersos em um fluido.
Segundo a experiência 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 uma força de impulso ascendente igual ao peso do volume de fluido deslocado.
Essa força, conhecida como “impulso”, ocorre quando fluidos interagem com objetos sólidos. O fluido exerce pressão em cada parte 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 de 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.
Operação basica
Imagine que você está flutuando em uma piscina, ou seja, parcialmente submerso. 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.
Este princípio pode ser facilmente vivenciado através do método científico.
Como determinar 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 rodeia. Segundo o princípio de Arquimedes, se o objeto for mais leve que o fluido (tem densidade menor), ele flutuará nele; Se for mais pesado (tem maior densidade), o objeto afunda porque o impulso não consegue neutralizar a força da gravidade.
Experimento do princípio de Arquimedes
O rei Hierão II de Siracusa pediu ao ourives que criasse uma coroa de ouro, mas ele suspeitou que o material interno não fosse verdadeiramente ouro. Para corroborar isso. Ele pediu a Arquimedes que pensasse em um método manual para testar se era inteiramente ouro ou se incluía algum material mais barato.
Arquimedes tentou resolver este problema, mas inicialmente não conseguiu encontrar uma maneira. Segundo a lenda, a solução surgiu enquanto ele tomava banho. Quando estava sentado no banheiro, percebeu o nível da água subindo e isso de repente o inspirou.
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-se a densidade da coroa.
Observando que a densidade obtida não correspondia à densidade do ouro, confirmou que as suspeitas do rei eram verdadeiras.
Usos e aplicações do princípio
O princípio de Arquimedes pode ser usado em um número infinito de aplicações; Entre eles destacamos os seguintes:
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Determine o volume de objetos irregulares, como os encontrados na natureza.
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Calcule a densidade dos objetos.
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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 diversas maneiras. Aqui estão alguns exemplos práticos do princípio de Arquimedes:
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Ao nadar, o corpo humano recebe um impulso ascendente igual ao peso da água que desloca.
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Um navio flutua no mar porque o volume de água que ele desloca é igual ao do navio. O peso do navio é neutralizado pelo impulso ascendente da água.
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Os 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 experimenta um impulso vertical correspondente ao peso do ar deslocado que é maior que o peso do ar quente juntamente com o peso de todo o balão.
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Os icebergs flutuam porque a água congelada tem uma densidade ligeiramente menor que a da água líquida. Segundo o princípio de Arquimedes, o peso total do iceberg é igual ao peso da água que ocuparia a parte submersa do iceberg.