Físico-Química 9º ano | Impulsão e Lei de Arquimedes

Impulsão e Lei de Arquimedes

A impulsão e suas aplicações

Observações de Arquimedes no estudo de corpos mergulhados num líquido

Arquimedes, físico e matemático grego do século III a.C., estudou a forma como os corpos se comportavam quando mergulhados num líquido, conseguindo assim explicar porque é que os corpos aparentavam pesar menos nessa condição.

De acordo com Arquimedes, tal devia-se a uma força exercida pelo próprio líquido no corpo, ascendente, e cuja intensidade não dependia do material de que era feito o corpo, nem do seu peso, mas sim do volume de líquido deslocado pelo corpo. Verificou ainda que a intensidade dessa força correspondia ao peso do líquido deslocado.

Estas observações verificaram-se também em gases, embora com uma intensidade muito menor, e ficaram traduzidas na Lei de Arquimedes.

Lei de Arquimedes

Segundo a Lei de Arquimedes, qualquer corpo mergulhado num fluido sofre por parte deste uma força vertical, de baixo para cima, cuja intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo.

Nota: fluido é qualquer material que adquire a forma do recipiente que o contém (material líquido ou gasoso).

Impulsão

A força caracterizada por Arquimedes designa-se impulsão.

Podemos definir impulsão como força ascendente exercida por um fluido sobre um corpo que nele se encontre total ou parcialmente imerso, cuja intensidade é igual ao peso de fluido deslocado pelo corpo.

Peso aparente

É devido à força de impulsão que os corpos aparentam pesar menos dentro de um fluido como a água.

Ao peso de um corpo mergulhado num fluido dá-se o nome de peso aparente.

É possível determinar a intensidade da impulsão através da diferença entre o peso real do corpo e o seu peso aparente.

Impulsão = Peso real – Peso aparente

Nota: considera-se o peso do corpo no ar o seu peso real uma vez que a impulsão que o ar exerce na esfera é praticamente nula.

A impulsão e o movimento dos corpos num fluido

A relação entre o peso e a impulsão exercida num corpo determina o movimento que esse corpo efetua dentro do fluido. Quando o peso é maior que a impulsão o corpo desce, quando é menor sobe, e quando é igual fica em equilíbrio.

Peso > Impulsão → o corpo desce
Peso < Impulsão → o corpo sobe
Peso = Impulsão → o corpo fica em equilíbrio

A impulsão e a flutuação dos corpos

Quando um corpo imerso num fluido tem peso inferior à impulsão, este sobe até que o valor da impulsão se torne igual ao valor do peso, ficando a flutuar.

A impulsão diminui até ficar igual ao peso do corpo devido à parte do corpo que fica imersa ser menor (menor volume do corpo imerso → menor volume de fluido deslocado → menor impulsão).

Fatores que influenciam a impulsão

A impulsão é tanto maior quanto maior o volume de fluido deslocado e quanto maior a densidade (ou massa volúmica) do fluido.

Fórmulas para calcular a impulsão

A impulsão não depende do peso do corpo. De acordo com a Lei de Arquimedes, corresponde ao peso do fluido deslocado.

Impulsão = peso do fluido deslocado

Como o peso de um corpo é igual ao produto da sua massa com a aceleração gravítica, a impulsão pode-se calcular multiplicando a massa do fluido deslocado pela aceleração gravítica.

Impulsão = massa do fluido deslocado × aceleração gravítica

Dado que a impulsão depende da densidade do fluido e do volume de fluido deslocado, também é possível calcular a impulsão sabendo os seus valores:

Impulsão = densidade do fluido deslocado × volume × aceleração gravítica

Nota: densidade (ou massa volúmica) = massa : volume ⇔ massa = densidade × volume

Por último, e como já vimos, também é possível calcular a impulsão através da diferença entre o peso real do corpo e o seu peso aparente quando imerso num fluido.

Impulsão = peso – peso aparente

Aplicações da Lei de Arquimedes

Os navios apresentam um peso elevado por serem feitos de materiais densos como o ferro e o aço. No entanto, conseguem flutuar porque a forma da parte inferior está estudada para que desloque uma grande quantidade de água e para que a impulsão aumente quando aumenta o peso do navio devido à carga.

Os submarinos são outro exemplo da aplicação da impulsão. No seu casco dispõem de tanques que podem encher de água para aumentar o peso e submergir e esvaziam-nos através de ar comprimido para emergir.

No ar, temos o exemplo dos balões de ar quente. O volume do balão é bastante elevado para que possa deslocar uma grande quantidade de ar e o ar quente dentro do balão tem massa menor do que o ar frio que foi deslocado, fazendo com que a impulsão seja maior que o peso do ar do balão, permitindo que este suba.

Exercícios

Ficha 1   |   Forças e fluidos
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Ficha 2   |   Lei de Arquimedes e Impulsão
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