12.º anoPercurso edumaterial
O que vais aprender
- Aplicar o princípio de Arquimedes a corpos imersos.
Compreender
O empuxo é o peso do fluido deslocado: E=ρgV=1000×10×0,002=20 N, dirigido para cima. O valor depende do volume submerso, da densidade do fluido e de g; não se calcula diretamente a partir da massa do bloco. Se o peso do bloco fosse 15 N, a força resultante seria 5 N para cima, salvo outras forças como uma corda.
Um corpo que flutua em equilíbrio desloca apenas volume suficiente para que o empuxo iguale o seu peso. Portanto, não se deve usar o volume total do corpo se estiver parcialmente imerso. Pressões maiores na parte inferior do bloco que na superior explicam a resultante ascendente. O modelo supõe fluido em repouso e densidade aproximadamente uniforme; correntes podem acrescentar outras forças.
Exemplo resolvido
Um corpo totalmente submerso desloca 0,003 m³ de água, com densidade 1000 kg/m³ e g=10 m/s². Se o peso do corpo é 25 N, qual é a resultante sem outras forças?
- O peso do fluido deslocado dá o empuxo: E=ρgV=1000×10×0,003=30 N, para cima.
- O peso do corpo é 25 N para baixo; usamos o mesmo eixo para comparar sentidos.
- Sem corda nem outras forças, a resultante é 30−25=5 N para cima.
A resultante inicial no modelo é 5 N para cima.
Atenção ao erro
O empuxo é sempre igual ao peso do próprio bloco.
Verifica agora
Para o volume imerso de 0,002 m³ da explicação, calcula o empuxo na água (ρ=1000 kg/m³; g=10 m/s²).
Ver solução explicada
Resposta: 1000×10×0,002=20 N para cima.
Usa volume deslocado em m³.
Retoma o caso da explicação: Se o bloco pesa 15 N, qual é a resultante sem corda?
Ver solução explicada
Resposta: 5 N para cima.
Compara empuxo e peso.
Um corpo flutuante deve deslocar sempre todo o seu volume?
Ver solução explicada
Resposta: Não; desloca o volume submerso necessário ao equilíbrio.
Distingue imersão total de flutuação.
Retoma o caso da explicação: Se o fluido tiver metade da densidade, mesmo volume imerso, qual o empuxo?
Ver solução explicada
Resposta: 10 N.
Reconhece proporcionalidade com ρ.
Alinhamento curricular e fontes
- Mecânica de fluidos — 12.º ano, página 7. Objetivo oficial parafraseado: Aplicar o princípio de Arquimedes a corpos imersos.. O exemplo, a sequência e os exercícios são editoriais. · Aprendizagens Essenciais · fisica-pt · 12-ano