Impulsão e lei de Arquimedes
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Impulsão e a
Lei de Arquimedes
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Porque é que um navio, que pesa muitas toneladas, flutua e uma pequena esfera metálica não flutua?
Porque flutuam no ar, os balcões de ar quente?
Como funcionam os submarinos?
Porque é que uma pessoa flutua mais facilmente na água do mar do que na água doce de uma piscina?
Nesta unidade vais aprender
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É a Arquimedes (287 a.C.- 212 a.C.), físico e matemático grego, que viveu em Siracusa, Sicília, que se deve a descoberta da força de impulsão.
Reza a lenda que, por volta do séc. III a.C.,o rei Hieron de Siracusa havia encomendado uma coroa de ouro, para homenagear uma divindade que supostamente o protegera nas suas conquistas.
A lenda de Arquimedes
Entretanto, foi levantada a acusação de que o ourives o enganara, misturando o ouro maciço
com prata na manufactura da coroa.
Para descobrir a verdade, Hieron pediu a ajuda de Arquimedes. A sua tarefa seria descobrir, sem
danificar o objecto, se a coroa era 100% em ouro, ou se continha uma parte feita em prata.
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Certo dia, Arquimedes terá descoberto a solução para o problema, enquanto tomava banho.
A solução do seu problema levou-o a enunciar a Lei de Arquimedes.
Ora Arquimedes, de quem se diz que era muito distraído, ficou tão entusiasmado com a sua descoberta que saltou da banheira e saiu para a rua, completamente nu, gritando:
«Eureka! Eureka!», que significa: Descobri! Descobri!
A lenda de Arquimedes
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Qualquer corpo mergulhado num fluido (liquido ou gás), fica sujeito a
uma força vertical, com sentido de baixo para cima, exercida por esse
fluido. Essa força designa-se por impulsão e representa-se por I.
Quando estamos dentro de água parecemos ser mais leves, havendo a sensação de que algo nos empurra para a superfície da água.
Impulsão
A impulsão nos líquidos é muito maior do que nos gases
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Qualquer corpo mergulhado num liquido tem um peso inferior ao seu peso real. Esse peso designa-se por peso aparente do corpo.
Peso aparente = peso real – impulsão
O peso aparente é a resultante de duas forças com sentidos opostos o peso real e a impulsão.
PI
Pap
peso real
peso aparente
I
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Qualquer corpo mergulhado num liquido tem um peso inferior ao seu peso real. Esse peso designa-se por peso aparente do corpo.
Pap = Pr – I
I = Pr – Pap
Peso aparente = peso real – impulsão
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Porque razão uns corpos flutuam na água e outros não?
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Quando é que um corpo vai ao fundo?
Se dentro do líquido I < P, o corpo vai para o fundo
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Se dentro do líquido I = P, o corpo fica em
equilíbrio no interior do liquido
Quando é que um corpo fica no interior de um líquido?
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Se dentro do líquido I > P, o corpo sobe
até que I = P, e o corpo flutua
Quando é que um corpo flutua?
Para que um corpo flutue , num determinado fluido, é necessário que a densidade desse corpo seja menor do que a do fluido.
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Qualquer corpo mergulhado num líquido recebe da parte deste uma impulsão vertical, de baixo para cima, de valor igual ao do peso do volume de líquido deslocado.
Lei de Arquimedes
I = P líquido deslocado
I = Pr – Pap
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Lei de Arquimedes
Como r água = 1,0 g/cm3, a 4ºC
=r m v
m 50 cm3
I = P líquido deslocado
1,0 g/cm3 =
Podemos calcular também a massa do líquido deslocado, a partir do seu volume:
e novamente
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De que depende a Impulsão?
Água doce
Água salgada
No mar morto a densidade da água é muito grande devido à sua elevada salinidade
Quanto maior a densidade de um fluído, maior é a impulsão
Como a densidade dos líquidos é muito maior do que dos gases, a sua impulsão também é muito maior do que a dos gases.
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De que depende a Impulsão?
Quando está em forma de cesto, o volume imerso é maior.
Quanto maior for o volume imerso, maior é a impulsão
Se colocarmos plasticina em forma de esfera, dentro da água, verificamos que ela vai ao fundo. Se a moldarmos em forma de cesto ela vai flutuar. Porquê?
Segundo a Lei de Arquimedes, se o volume do liquido deslocado é maior, também o valor do seu peso é maior, o que origina uma maior impulsão.
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Maior o volume imerso
Impulsão
Maior densidade do
líquidoMaior Impulsão
Maior Impulsão
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Os barcos, apesar de serem feitos de materiais densos como o ferro e o aço, flutuam na água porque recebem desta uma impulsão suficiente para compensar o seu enorme peso. Como?
Nos navios o volume da parte imersa é muito grande, para que seja também muito grande o volume da água deslocada, e consequentemente, a impulsão.
A forma da parte inferior dos navios , está estudada para que a impulsão aumente ao aumentar o peso do navio devido à carga, de modo a que se tenha sempre:
I = - P
Porque flutuam os barcos?
P
I
vectorialmenteem módulo
dos vectores
I = P ou
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Os submarinos dispõem de tanques especiais no casco. Para submergir há válvulas que abrem, permitindo a entrada de água do mar para esses tanques. O peso do submarino aumenta, passando a ser superior à impulsão:
Para vir à superfície, os tanques são esvaziados através de ar comprimido. Como o valor do peso diminui sem variar o volume do submarino, a impulsão torna-se maior do que o peso do submarino fazendo-o vir à superfície.
I > P
Como funcionam os submarinos?
P = I
P > I
I > P
P = I
P > I
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De acordo com o principio de Arquimedes, um balão elevar-se-á no ar, quando o valor do seu peso for inferior ao valor da impulsão que o ar exerce sobre ele.
Para se conseguir esta condição os balões são normalmente cheios com um gás menos denso que o ar, como o hélio, ou, então com ar quente.
O ar quente é menos denso que o ar frio, pois o aquecimento provoca um aumento de volume e consequentemente diminuição da densidade.O ar dentro do balão, torna-se assim menos denso, que o ar que o rodeia.
Porque flutuam os balões de ar quente?