Princípio de Arquimedes

Empuxo Princípio de Arquimedes

Porque alguns objetos afundam na água e outros flutuam?

A resposta técnica para essa pergunta é o “Princípio de Arquimedes” que afirma o seguinte: “todo corpo mergulhado num líquido recebe por parte do líquido a ação do empuxo, que é uma força dirigida verticalmente de baixo pra cima. A intensidade do empuxo é igual ao peso do volume do líquido deslocado”.

Traduzindo para uma resposta mais simples:
1) imagine um copo cheio de água até a boca;
2) se você colocar uma uva dentro do copo parte da água vai derramar, vai escorrer pela boca do copo;
3) isso acontece porque o volume dentro do copo aumenta, nesse caso é preciso somar o volume da água que já estava no copo mais o volume da uva que entrou no copo;
4) a quantidade de água que saiu do copo tem um peso;
5) a uva colocada dentro da água perde exatamente o mesmo peso da água que saiu do copo;
6) se o peso da água que saiu do copo for maior que o peso da uva ela vai flutuar na água, do contrário ela vai afundar.

Não é o peso que determina se um objeto afunda ou flutua, mas a sua densidade. Tudo que for mais denso que água vai afundar, tudo que for menos denso vai flutuar.

A densidade depende de como a massa do objeto se distribui no espaço. Por exemplo:
1) se você colocar uma chapa de isopor de 1 quilo na água ela vai flutuar;
2) se você colocar uma chapa de ferro de 1 quilo na água ela vai afundar;
3) mas, se você modelar a chapa de ferro de 1 quilo dando a ela o formato de uma bacia ela vai flutuar.

Tecnicamente a densidade pode ser descrita como a grandeza que relaciona a massa (m = matéria) de um material com o volume (v = espaço que ele ocupa) por ele ocupado e pode ser expressa pela seguinte fórmula d = massa / volume:

Densidade  =  massa (m)
                    ---------
                    Volume (v)

Ou seja, a densidade é igual a massa dividida pelo volume.

Na atividade que gravamos o vídeo a bolinha de massa de modelar tinha o mesmo peso (ou mesma massa) do barquinho de massa de modelar, o que tinha de diferente entre eles era o formato.
    

O formato do barquinho desloca mais água que o formato da bolinha, é por esse motivo que os barcos têm esse formato, para deslocar um volume maior de água.

A mesma coisa acontece com a experiência do copo. Se o copo é colocado dentro da água bem devagar e na posição vertical ele desloca uma quantidade de água maior que o seu peso e por esse motivo ele flutua.
    
Quando o mesmo copo é colocado na água na posição diagonal ele não consegue deslocar um volume grande de água porque a água entra no copo (aumentando a sua massa) e por isso ele afunda.

Voltando ao "Princípio de Arquimedes". Arquimedes era grego, foi professor de Alexandre o Grande e foi ele quem descobriu porque alguns corpos flutuam e outros afundam na água.

Uma curiosidade sobre Arquimedes: tecnicamente existem no mundo 6 máquinas simples (polia, parafuso, cunha, engrenagem, alavanca e a roda) que constituem, numa analogia, todas as demais máquinas mais complexas que foram inventadas desde o princípio da história da civilização (outras máquinas simples foram incluídas, como, por exemplo, a mola, o plano inclinado, etc.

Tabela de máquinas complexas a partir de máquinas simples

As máquinas simples são dispositivos que, apesar de sua absoluta simplicidade, trouxeram grandes avanços para a humanidade e se tornaram a base para todas as demais máquinas (menos ou mais complexas) criadas ao longo da história, como, por exemplo, o relógio que faz uso das engrenagens, o carro que faz uso da roda, polias, etc. (fonte Wikipédia)
O mais incrível é que das 6 máquinas simples ninguém sabe quem inventou a roda, mas sabemos que Arquimedes inventou 3 delas, a polia, a alavanca e o parafuso.

O princípio da alavanca foi descoberto por Arquimedes, o sábio de Siracusa, no século III a.C.

Existem muitas histórias interessantíssimas sobre Arquimedes, em uma delas ele afirma ao rei Hieron, de quem era amigo e aparentado, que, com uma dada força ele poderia mover qualquer peso; e, além disso, afirmou que se lhe fosse dado outra Terra, ele poderia pular para ela e mover a nossa, foi daí que provavelmente surgiu a famosa frase: “dê-me um ponto de apoio e eu moverei o mundo”.

O rei pediu para que ele fizesse uma demonstração movendo algum peso grande, mas usando uma pequena força. Arquimedes fez com que uma das galeras (navio) do rei fosse arrastada à praia; depois ordenou que nela entrassem muitos passageiros e muita carga; colocou-se sobre certa distância, e sem esforço visível, movendo apenas com sua mão a extremidade de um engenho que consistia em uma porção de cordas e polias, ele puxou o navio para ele tão suave e seguramente como se estivesse se movendo nas águas.

Diz a lenda que o rei Hieron  ficou tão maravilhado com esse feito que declarou: “Desde esse dia, Arquimedes deve ser acreditado em tudo o que diz”.

Empuxo Princípio de Arquimedes

Use uma superfície plana para apoiar o fundo do "barquinho". Depois, use um dedo para achatar o fundo e use a ponta de dois dedos para levantar as bordas (laterais) do "barquinho".
    

A experiência com o copo flutuando não funciona com qualquer copo, então, antes de fazer a experiência com as crianças faça um teste para não se decepcionar na hora de fazer a atividade.
    
De preferência para copos pequenos que não tenham o fundo muito grosso e que a boca seja mais larga que o fundo.

Empuxo Princípio de Arquimedes

Pais
Sempre que possível faça experiências científicas junto com seu(s) filho(s). Além de ser divertido (para os dois) é uma ótima forma para apresentar conteúdos que a criança verá na escola.

Explique “por que” essas coisas acontecem e deixe a criança repetir a experiência sob sua supervisão, isso ajuda a desenvolver a curiosidade e criatividade da criança.

Em 1968, os pesquisadores George Land e Beth Jarman realizaram uma reveladora pesquisa sobre criatividade com um grupo de 1.600 jovens nos EUA com base em testes usados pela NASA para seleção de cientistas e engenheiros.

Resultado

Professores
Essa experiência pode ser usada para ilustrar uma aula de:
Física/Ciências – quando falar sobre densidade da água, flutuação, etc.
História – quando falar sobre Grécia Antiga, Arquimedes, etc.

Faça testes com outros objetos, por exemplo, tampas de garrafa pet, tampas de garrafa de metal, clipes de metal (tensão superficial), isopor (não afunda), bola de ping pong (não afunda), mexerica (não afunda).

Faça perguntas para os alunos?

1) porque o isopor e a bolinha de ping pong não afundão?

2) porque as tampas de garrafa de plástico ou de metal não afundam?

3) o que a bolinha de ping pong e a mexerica tem em comum para não afundarem?

4) porque as massas de modelar, que tem o mesmo peso, afundam ou flutuam na água dependendo do seu formato?

5) porque o copo de vidro flutua se for colocado dentro da água na vertical e afunda se for colocado na vertical?

6) O que é o “Princípio de Arquimedes”?

7) Quem foi Arquimedes, quando ele viveu e o que ele inventou?