O Empuxo é uma força que um fluido (água, ar) exerce sobre um corpo que está nele. Foi o Princípio de Arquimedes que a descobriu, observando que o empuxo sempre apresenta direção vertical e sentido para cima (o contrário do peso do corpo, que desloca o fluido).
Neste artigo sobre Empuxo, você encontrará:
- O que é Empuxo
- Quem explicou essa força e como ela funciona?
- Qual a importância do Empuxo?
- Como calcular o Empuxo + exemplo
- Casos de flutuaçaõ e peso aparente
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O que é Empuxo? (Princípio de Arquimedes)
As forças físicas são fenômenos que causam mudanças em corpos. Elas também são grandezas vetoriais: possuem módulo, direção e sentido.
O Empuxo é uma força que atua sobre os objetos imersos em fluidos (líquidos ou gases). Sua unidade de medida é em Newtons (N) e essa força aponta sempre na direção vertical, no sentido oposto ao peso do corpo imerso (para cima).
Mas qual o motivo disso? Vamos entender quem descobriu e como funciona:
Quem explicou o empuxo? (Princípio de Arquimedes)
O Empuxo foi explicado por Arquimedes, na Antiga Grécia, e é uma história bem legal:
Ele foi um matemático e engenheiro muito famoso, escolhido pelo rei local para provar se a coroa era de ouro maciço ou se havia impurezas misturadas.
Reza a lenda que, enquanto tomava banho em uma banheira, Arquimedes reparou que a água “subia” e saía da banheira quando ele entrava. Além disso, notou que seu corpo estava sujeito a uma espécie de força, pois se sentia mais “leve” na água que fora dela.
Ao descobrir como solucionar o problema saiu nu pelas ruas da cidade gritando “eureka, eureka!”. E a solução foi:
Como o Empuxo funciona?
Assim que um objeto qualquer é mergulhado em um fluido, esse objeto começa a empurrar o fluido para baixo (deslocá-lo). Sabemos disso porque dois corpos não ocupam o mesmo espaço!
Então o volume de líquido deslocado é exatamente o mesmo volume da parte que está submersa.
Também sabemos que, de acordo com a terceira lei de Newton, toda ação tem uma reação no sentido oposto. Então, se o corpo empurra o fluido para baixo (peso do corpo), o fluido empurra o corpo para cima (empuxo).
Então, o empuxo surge por causa da diferença de pressão. Na parte inferior do corpo há uma força do líquido empurrando o corpo para cima. Na parte superior não tem força nem pra baixo nem pra cima.
Observe que quanto maior a profundidade, maior o volume de fluido deslocado. Então, a força que o fluido vai fazer no corpo também será maior.
Então, a conclusão do Princípio de Arquimedes nos fala que:
“Todo sólido imerso parcial ou totalmente em um líquido está sujeito a uma força vertical, de baixo para cima, denominada empuxo. Ela é correspondente a tanto de líquido deslocado por este sólido”
Qual a importância do Empuxo? (Exemplos de aplicação)
É graças ao Empuxo que podemos fazer muitas coisas simples do dia a dia, como boiar em uma piscina, rio ou mar.
Quer ver outros exemplos? Olhe essa listinha:
- Os navios, barcos e demais meios de transporte hidroviários.
- O gelo flutuando no copo.
- O vapor da água e o ar quente sobem quando fervemos a água.
- As bolhas de gás carbônico no refrigerante.
- Os balões de festa.
- Ao entrarmos em uma piscina, nos sentimos mais leves.
- Não conseguimos afundar uma bola que flutua na água.
Observe que todas as coisas que boiam tem densidade menor do que o meio que estão.
Como calcular o Empuxo? (Fórmula)
Você já sabe que o empuxo é uma força que surge quando um corpo ocupa espaço em um fluido. Essa força depende do volume do fluido deslocado, da densidade do fluido e da gravidade local.
Isso porque a gravidade é que faz surgir o peso do corpo, e o peso do corpo determina o volume que será ocupado.
Com base nessas informações, podemos dizer que o empuxo é dado pelo peso do volume que foi deslocado no fluido:
E = P(liq. des.)
Sabendo que Peso é definido como massa vezes aceleração (da gravidade), então:
E = m(liq. des.) . g
Também sabemos que a densidade é a razão entre a massa e volume de uma substância, então:
d = m/V
m = d.V
Reescrevendo a equação do empuxo e substituindo tudo o que temos, chegamos a::
E = d(liq. des.). V(liq. des.). g
ou simplesmente:
E = d . V . g
Sendo que:
- d = densidade do líquido.
- V = volume de líquido deslocado.
- g = aceleração da gravidade.
Casos de flutuação
Dependendo da relação entre densidade do corpo e do fluido, mesmo que o empuxo sempre exista, pode acontecer três fenômenos diferentes:
Corpo afundando
Se objeto mergulhado sobre o fluido afundar, concluímos que a sua densidade é maior que a densidade do fluido.
Dizemos que o peso do objeto é uma força maior que o empuxo sofrido por ele.
Corpo em equilíbrio
Se um corpo colocado sobre um fluido permanecer em equilíbrio (parado, não sobe nem afunda), podemos dizer que as densidades do corpo e do fluido são iguais.
Sendo assim, a resultante das forças empuxo e peso (do objeto) é nula. Ou seja, as forças têm igual valor.
Corpo boiando
Quando algum corpo boia, significa que a densidade desse corpo é menor que a densidade do fluido em que ele se encontra.
Então, a força peso (do objeto) foi menor que o empuxo sofrido quando ele entrou em contato com a água.
ATENÇÃO!
Se o corpo já está boiando e segue boiando tranquilamente, observe que ele está parado. Ou seja, não tende a subir mais e nem a descer.
Então voltamos para o caso do corpo em equilíbrio, em que as forças peso e empuxo são iguais!
Peso aparente
Você já deve ter percebido que alguns corpos parecem ser mais leves do que realmente são, quando em um fluido. Isso acontece com a agente quando entramos em uma piscina.
Já entendemos que isso é causado pelo Empuxo, mas a questão aqui é saber que a diferença entre essas duas forças é conhecida como peso aparente.
É como se calculássemos qual é seu “novo peso” dentro da água.
Caso o peso e o empuxo tenham o mesmo valor, o peso aparente do corpo será nulo. Ou seja, é como se o objeto não tivesse peso algum e por isso fica parado.
Quando boiamos, podemos calcular o peso aparente. Quando afunda, é normal (real).
Exemplo de exercício
Um navio de densidade 300 kg/m³ e massa 15.000 kg flutua nas calmaria do oceano. Se a densidade da água é 1000 kg/m3, determine o volume emerso do corpo.
Resolução:
Como o objeto está flutuando estável na água, deduzimos que o empuxo é igual ao peso:
E = P
Então podemos escrever:
d . V(des) . g = m . g
d . V(des) = m (simplificamos as forças da gravidade)
1000 . V(des) = 15.000
V(des) = 15 m3
Porém, nós descobrimos o volume submerso do navio, e a questão pediu o emerso. Para isso, precisamos saber o volume total da embarcação e subtrair o submerso.
A partir da definição de densidade (m/v), podemos encontrar o volume total do corpo:
d = m / V
V = m / d
V = 15.000 / 300
V = 50 m3
Agora, basta realizar a subtração para descobrir o volume emerso:
50 (v total) – 15 (v sub) = 35 m³ (v emer)
SEMPRE fique atento com as unidades de medidas. Só podemos realizar as contas se elas forem as mesmas. Se não forem, você precisará fazer a conversão de medidas!
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