Por que os navios mesmo sendo tão pesados não afundam?

Por Ana Caroline Pscheidt

A resposta não é tão simples. Vamos construí-la  começando por outra pergunta: Porque algumas coisas afundam na água e outras boiam? 

Sabemos que uma bolinha de isopor colocada na água boia, porém, uma de mesmo tamanho, mas de chumbo, afunda.  Qual a diferença entre a bolinha de isopor e a de chumbo?

Se você respondeu: o peso está correto! Uma bolinha de isopor é muito mais leve que uma bolinha de chumbo do mesmo tamanho.  

Arquimedes, físico e matemático grego que viveu por volta do ano 200 a.C, descobriu que todo corpo mergulhado em um liquido ou gás sofre uma força que o expulsa  verticalmente para cima. Essa força é chamada de empuxo. É ele que faz a bolinha de isopor boiar é também o que nos dá aquela sensação de estar mais leve quando estamos no mar ou em uma piscina.  

Quando mergulhamos um objeto na água e ele é lançado para cima, significa que o empuxo é maior que a força peso do objeto. Mas se ele afundar então a força peso é maior que o empuxo no objeto. Se o objeto ficar parado na água significa que a força peso é igual ao empuxo. 

Mas afinal o que define o empuxo de um corpo?

O principio de Arquimedes diz o seguinte:

“Todo corpo mergulhado num fluido (líquido ou gás) sofre, por parte do fluido, uma força vertical para cima, cuja intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo.”

Essa força a que Arquimedes se refere é o empuxo. Então, segundo Arquimedes, o empuxo em um corpo está relacionado ao peso do fluido deslocado e não com o peso do corpo imerso.

Recordemos o exemplo das bolinhas de isopor e chumbo. As bolinhas de chumbo e de isopor têm volumes iguais pois consideramos que elas possuem o mesmo tamanho. Então, se as duas bolinhas estiverem mergulhadas na água, irão deslocar a mesma quantidade de água, o que resulta, pelo princípio de Arquimedes,  no mesmo empuxo. Mas porque o isopor é lançado para cima e o chumbo afunda? Para responder isso é importante verificar o peso dos dois objetos. A bolinha de chumbo é muito mais pesada que a de isopor, o que resulta em uma  força peso de maior intensidade que o empuxo e ela afunda. No caso da bolinha de isopor, a força peso é menor que o empuxo, fazendo com que ela seja, então, lançada para cima.

A bolinha de isopor não fica mergulhada na água, logo ela sobe até a superfície e fica boiando, deslocando uma pequena quantidade de água. Nesse caso, a quantidade de água deslocada é menor que o volume da bolinha. Arquimedes descobriu também que poderia descobrir o peso de objetos que boiam na água verificando o peso do liquido deslocado.

Por exemplo: se você colocar uma bolinha em um copo que este completamente cheio de água, ela deslocará certa quantidade de água, fazendo-o transbordar.

Se você resgatar a água deslocada, com uma balança pode descobrir a massa da água que transbordou. Essa massa será igual à massa da bolinha. 

Usando uma jarra ou um copo graduado em mililitros você pode construir uma balança d’água. 

Encha o copo até certa medida, depois solte um objeto dentro do copo e verifique o quanto o nível da água se alterou. Por exemplo: se a altura inicial estava na marca de 100 mL e depois subiu ate 120 mL, então a água deslocada corresponde a 20 mL.  Se conhecermos a densidade do fluido (água, neste caso), podemos calcular a massa da água deslocada e assim conhecer a massa do objeto que esta boiando. 

A densidade da água é de 1g/cm3 (um grama por centímetro cúbico). Como 1 mL corresponde a 1 cm3, podemos escrever a densidade da água como 1g/mL, ou seja, cada mL de água tem 1 grama. Logo, 20 mL de água têm 20 gramas, ou seja, a massa do objeto é igual a 20 gramas. Lembre-se que sua balança sempre irá funcionar para objetos que boiam na água, se o objeto afundar o peso da água deslocada será menor que o peso do objeto e nossa balança não irá funcionar.

Afinal, porque os navios não afundam?

Conhecendo o principio de Arquimedes podemos explicar porque os navios não afundam. Primeiramente se fosse possível amassar o navio em forma de uma bola de ferro, com certeza ele afundaria e, e ao fazê-lo deslocaria certa quantidade de água. Como já sabemos, o peso da água deslocada é igual ao empuxo sofrido pela bola de ferro. Como seu peso é muito maior que o da água deslocada, então ele afunda!

Mas os navios não são bolas de ferro. Eles são construídos em um formato especial, para que ocupem bastante espaço dentro da água e que a maior quantidade dela seja deslocada. Assim, o peso da água deslocada pelo navio será maior do que o peso do próprio navio, ou seja, a força peso do navio fica menor que a força de empuxo, fazendo o navio boiar ou flutuar sobre a água.

REFERÊNCIAS

http://www.infoescola.com/fisica/principio-de-arquimedes-empuxo/

http://www.algosobre.com.br/fisica/principio-de-arquimedes-empuxo.html

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/EstaticaeHidrostatica/empuxo.php

RESNICK, R. HALLIDAY, D. Física. Volume 2