Empuxo
Se você já teve que retirar uma pedra de dentro da água, vai saber exatamente o que significa empuxo! Imediatamente após ser removida da água, ela não parece mais pesada? Não parece que precisamos fazer uma força maior para continuar segurando-a? Pois, então, essa diferença na força que exercemos quando a pedra está dentro e fora da água é explicada pelo empuxo!
Se liga na imagem abaixo, ela representa o esquema de forças que atuam sobre a pedra quando ela está submersa.
Observe, agora, que as forças verticais que atuam embaixo da pedra são mais intensas que as forças que atuam em cima dela. Isso se justifica por algo que estudamos lá na pressão hidrostática dentro de líquidos: quanto mais fundo, maior é a pressão exercida. Lembra disso? Já as forças horizontais se anulam, pois estão localizadas exatamente na mesma altura. Então, se fizermos a soma vetorial de todas as forças que atuam sobre esse corpo, a força resultante será vertical e apontará para cima. Essa força resultante é o empuxo!
Percebeu porque a pedra parece mais leve quando está dentro da água? Não é porque ela perdeu massa, mas porque existe uma força que nos ajuda a levantá-la! Mas espera aí, como calculamos a intensidade dessa força? É isso que vamos ver agora no Teorema de Arquimedes!
Teorema de Arquimedes
Já comprovamos que existe uma força de empuxo, concorda? Mas ainda falta uma coisa muito importante: qual é o valor (a intensidade!) dessa força? É justamente aqui que esse teorema entra na história! Arquimedes diz que a intensidade do empuxo é exatamente igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto imerso. Vamos ver uma maneira bem simples de entender isso!
Imagine que você tem uma jarra cheia de suco. Por algum motivo, você acaba jogando uma pedra dentro dessa jarra. Concorda que, ao fazer isso, um pouco do suco será deslocado e irá transbordar? É através desse líquido que transbordou que podemos calcular o empuxo que a pedra sofre quando imersa no suco! Se conseguirmos medir o peso desse suco deslocado, teremos exatamente a intensidade do empuxo que age sobre a pedra! Mas e se não conseguirmos medir isso? Então, calculamos! Como vimos lá na Dinâmica, o peso de um objeto é definido pela multiplicação entre a massa e a aceleração da gravidade, lembra disso? Exatamente o que é mostrado pela equação a seguir:
Como a massa de um fluido é resultado da multiplicação entre seu volume e sua densidade, podemos fazer uma substituição nessa equação:
E aqui, finalmente, chegamos à equação que nos fornece a intensidade do empuxo! Ela depende da massa (MF), da densidade (dF) e também do volume (VF) que foi deslocado desse fluido.
Dica salvadora! Este mesmo princípio que acabamos de estudar também vale para objetos parcialmente imersos. A única diferença é que o empuxo sofrido por estes objetos será proporcional ao volume deles que está imerso!
Para saber mais, veja também:
- Introdução à Hidrostática e Estudo da Pressão
- Pressão Atmosférica e o Experimento de Torricelli
- Densidade e Massa Específica
- Pressão Hidrostática (Lei de Stevin)
- Vasos Comunicantes e Líquidos Imiscíveis
- Teorema de Pascal e Elevador Hidráulico
- Peso Aparente e Flutuação
- Hidrostática na Prática: Crocodilo, Balão, Submarino