Grade 9
  1. Mecânica  1.1. Movimento  1.1.1. Tipos de movimento  1.1.2. Distância e deslocamento  1.1.3. Velocidade e Velocidade  1.1.4. Aceleração  1.1.5. Representação gráfica do movimento  1.1.6. Equações do movimento  1.1.7. Movimento uniforme e não uniforme  1.1.8. Queda livre e aceleração devido à gravidade  1.1.9. Velocidade relativa  1.1.10. Movimento circular  1.2. Leis da força e movimento  1.2.1. O conceito de força  1.2.2. A primeira lei do movimento de Newton  1.2.3. Segunda lei do movimento de Newton  1.2.4. Terceira Lei de Newton do Movimento  1.2.5. Inércia e tipos de inércia  1.2.6. Movimento  1.2.7. Conservação do momento  1.2.8. Aplicação das leis de Newton na vida cotidiana  1.2.9. Tipos de Forças (Contato e Não Contato)  1.2.10. Friction and its effects  1.3. Força Gravicional  1.3.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.3.2. Importância da Força Gravitacional  1.3.3. Aceleração devido à gravidade  1.3.4. Queda livre e ausência de peso  1.3.5. Massa e peso  1.3.6. Variação de g com altura e profundidade  1.3.7. Leis do movimento planetário de Kepler  1.3.8. Satélites e suas órbitas  1.4. Trabalho, Energia e Potência  1.4.1. Conceito de trabalho  1.4.2. Ações positivas e negativas  1.4.3. Trabalho realizado por força constante e variável  1.4.4. Energia e suas formas  1.4.5. Kinetic energy and potential energy  1.4.6. Lei da conservação de energia  1.4.8. Unidade comercial de energia  1.4.9. Teorema Trabalho-Energia  1.5. Máquinas simples  1.5.1. Tipos de máquinas simples  1.5.2. Mechanical advantage  1.5.3. Eficiência das máquinas  1.5.4. Alavancas e seus tipos  1.5.5. Polias e Planos Inclinados  1.5.6. Engrenagens e seus usos
  2. Propriedades da matéria  2.1. Estados da matéria  2.1.1. Sólidos, líquidos e gases  2.1.2. Propriedades dos diferentes estados da matéria  2.1.3. Mudança no estado da matéria  2.1.4. Plasma e Condensado de Bose-Einstein  2.2. Densidade e pressão  2.2.1. Conceito de densidade e densidade relativa  2.2.2. Pressão em sólidos, líquidos e gases  2.2.3. Lei de Pascal e suas Aplicações  2.2.4. Pressão atmosférica e suas variações  2.2.5. Tensão superficial e capilaridade  2.3. Flutuabilidade e o princípio de Arquimedes  2.3.1. Força de flutuabilidade  2.3.2. Princípio de Arquimedes  2.3.3. Aplicações do Princípio de Arquimedes  2.3.4. Objetos flutuantes e afundantes  2.3.5. Teoria da Flotação e Princípio de Arquimedes
  3. Calor e Termodinâmica  3.1. Temperatura e calor  3.1.1. Conceito de calor e temperatura  3.1.2. Medição de temperatura  3.1.3. Escalas de temperatura  3.2. Transferência de calor  3.2.1. Condução de calor  3.2.2. Convecção de calor  3.2.3. radiação de calor  3.2.4. Aplicações da transferência de calor  3.2.5. Condutividade térmica  3.3. Expansão térmica  3.3.1. Expansão de sólidos, líquidos e gases  3.3.2. Expansão anômala da água  3.3.3. Aplicações da Expansão Térmica  3.4. Capacidade calorífica específica e calor latente  3.4.1. Conceito de capacidade calorífica específica  3.4.2. Medição e aplicações do calor específico  3.4.3. Calor latente de fusão e vaporização  3.4.4. Motores Térmicos e Eficiência
  4. Ondas e som  4.1. Ondas e seus tipos  4.1.1. Ondas mecânicas e eletromagnéticas  4.1.2. Ondas Longitudinais e Transversais  4.1.3. Propriedades das Ondas  4.1.4. Comprimento de onda, frequência e velocidade da onda  4.1.5. Superposição de ondas  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Natureza e transmissão do som  4.2.2. Velocidade do som em diferentes meios  4.2.3. Reflexão do som e eco  4.2.4. Sonar e ultrassom  4.2.5. Ressonância e pulsação  4.3. Características do som  4.3.1. Intensidade, volume e qualidade do som  4.3.2. Efeito Doppler no som
  5. Iluminação e Óptica  5.1. Reflexão da luz  5.1.1. Leis da reflexão  5.1.2. Reflexão em um espelho plano  5.1.3. Reflexão em um espelho esférico  5.1.4. Formação de imagem por espelhos côncavos e convexos  5.1.5. Aplicações da Reflexão  5.2. Refração da luz  5.2.1. Leis da refração  5.2.2. Índice de refração  5.2.3. Refração através de uma placa de vidro  5.2.4. Refração na água e no ar  5.2.5. Lentes e seus tipos  5.2.6. Formação de imagens por lentes convexas e côncavas  5.2.7. Reflexão interna total e suas aplicações  5.3. Dispersão e espalhamento de luz  5.3.1. Espectro da luz branca  5.3.2. Prismas e Dispersão  5.3.3. Efeito Tyndall e céu azul
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Carga elétrica e eletricidade estática  6.1.1. O conceito de carga elétrica  6.1.2. Carregamento por fricção, contato e indução  6.1.3. Eletroscópio e seu funcionamento  6.2. Corrente Elétrica  6.2.1. O conceito de corrente elétrica  6.2.2. Lei de Ohm e Resistência  6.2.3. Fatores que afetam a resistência  6.2.4. Circuitos em Série e Paralelo  6.2.5. Efeito térmico da corrente elétrica  6.2.6. Potência e energia elétrica  6.3. Magnetismo  6.3.1. Ímãs naturais e artificiais  6.3.2. Propriedades dos ímãs  6.3.3. Magnetismo da Terra  6.3.4. Campo magnético e linhas de campo  6.3.5. Eletroímãs e suas aplicações
  7. Física Moderna  7.1. estrutura do átomo  7.1.1. Estrutura Atômica e Partículas Subatômicas  7.1.2. Elétrons, Prótons e Nêutrons  7.1.3. Modelo de Rutherford e Bohr  7.2. Radioatividade  7.2.1. Tipos de emissões radioativas  7.2.2. Meia-vida e decaimento radioativo  7.2.3. Usos e perigos da radioatividade
  8. Ciência espacial e astronomia  8.1. O universo e seus componentes  8.1.1. Estrelas e galáxias  8.1.2. Planetas e Sistema Solar  8.2. Satélites  8.2.1. Satélites naturais e artificiais  8.2.2. Uso de satélites

Grade 9 → Propriedades da matéria → Flutuabilidade e o princípio de Arquimedes ↓


Princípio de Arquimedes


O princípio de Arquimedes é uma lei científica fundamental na física, nomeada em homenagem ao antigo matemático e inventor grego Arquimedes. O princípio é um pilar no estudo de mecânica dos fluidos, particularmente na compreensão da flutuabilidade, o fenômeno que faz um objeto flutuar ou afundar em um fluido. O princípio de Arquimedes afirma que qualquer objeto, totalmente ou parcialmente submerso em um fluido, é levantado por uma força igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto.

Compreendendo o impulso

Para entender o princípio de Arquimedes, devemos primeiro entender o conceito de flutuabilidade. Flutuabilidade é a força ascendente exercida por um fluido em um objeto colocado nele. Essa força permite que objetos flutuem, afundem ou permaneçam suspensos em um fluido. Por exemplo, um barco flutua na água por causa da flutuabilidade, enquanto uma pedra pode afundar porque a força gravitacional que a puxa para baixo é maior do que a força de flutuabilidade que a empurra para cima.

Ilustração do princípio de Arquimedes

Líquidos objeto peso força de flutuabilidade

Na visualização acima, você pode ver um objeto submerso em um fluido. O peso mostrado pela seta vermelha é a força que a gravidade exerce sobre o objeto. A seta laranja mostra a força de flutuabilidade que empurra o objeto para cima. De acordo com o princípio de Arquimedes, a seta laranja (força de flutuabilidade) é igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto verde.

Princípio de Arquimedes implementado

Vamos dar uma olhada mais de perto em como o princípio de Arquimedes funciona no mundo real:

Flutuação

Objetos flutuam quando a força de flutuabilidade é igual ou maior do que seu peso. Por exemplo, um pedaço de madeira flutua na água porque a madeira geralmente é menos densa que a água. A madeira desloca uma quantidade de água igual ao seu peso antes de afundar completamente, razão pela qual ela flutua.

Densidade da Madeira < Densidade da Água
Peso da Água Deslocada = Peso da Madeira

Afundamento

Um objeto afunda quando seu peso é maior do que a força de flutuabilidade. Por exemplo, uma bola de metal geralmente afunda na água porque a densidade do metal é maior do que a densidade da água. O peso da água deslocada é menor do que o peso da bola.

Densidade do Metal > Densidade da Água
Peso da Água Deslocada < Peso da Bola de Metal

Suspensão

Um objeto está suspenso quando não está nem afundando nem flutuando. Isso ocorre quando a densidade de um objeto é igual à densidade do fluido. Um exemplo disso é um peixe que pode controlar sua flutuabilidade e se manter suspenso na água a uma certa profundidade.

Densidade do Objeto = Densidade do Fluido

Princípio de Arquimedes nas propriedades da matéria

O princípio de Arquimedes não apenas explica a flutuabilidade; ele também lança luz sobre as propriedades da matéria, particularmente em termos de densidade e volume. A densidade é uma medida de quanta massa está contida em um dado volume. É uma propriedade essencial que afeta se um objeto irá flutuar ou afundar em um fluido.

Densidade

A fórmula para calcular a densidade é:

Densidade (ρ) = Massa (m) / Volume (V)

O símbolo "ρ" (rho) representa a densidade. Substâncias com uma densidade maior do que o líquido tendem a afundar, enquanto substâncias com uma densidade menor tendem a flutuar.

Volume e deslocamento

Quando um objeto está imerso em um fluido, ele desloca um volume desse fluido. De acordo com o princípio de Arquimedes, o volume do fluido deslocado está diretamente relacionado à força de flutuabilidade. Pode ser expresso como:

Força de Flutuabilidade = Densidade do Fluido * Gravidade * Volume Deslocado

onde a gravidade representa a aceleração devido à gravidade, que é cerca de 9,8 m/s² na superfície da Terra.

Calculando com o princípio de Arquimedes

Vamos ver um exemplo de como usar o princípio de Arquimedes para calcular se um objeto flutuará ou afundará:

Problema exemplo

Um cubo com densidade de 0,6 g/cm³ e volume de 100 cm³ é colocado na água. Ele flutuará ou afundará?

Solução:

  1. Encontre o peso do cubo: 
    Peso = Densidade * Volume * Gravidade = 0,6 g/cm³ * 100 cm³ * 9,8 m/s² = 588 gramas-força
  2. Como a densidade do cubo (0,6 g/cm³) é menor que a densidade da água (1 g/cm³), o cubo desloca 100 cm³ de água.
  3. Calcule a força de flutuabilidade: 
    Força de Flutuabilidade = Densidade da água * Volume de água deslocado * Gravidade = 1 g/cm³ * 100 cm³ * 9,8 m/s² = 980 gramas-força

Como a força de flutuabilidade (980 g-força) é maior que o peso do cubo (588 g-força), o cubo flutuará.

Aplicações do princípio de Arquimedes

O princípio de Arquimedes tem aplicações em uma variedade de campos e tecnologias:

Design de navios

Engenheiros projetam navios usando o princípio de Arquimedes para garantir que eles flutuem. Ao criar uma forma de casco que desloque água suficiente para equilibrar o peso do navio, isso garante que o navio permaneça flutuando.

Submarinos

Os submarinos podem flutuar ou afundar ajustando sua flutuabilidade. Eles têm tanques de lastro que podem ser preenchidos com ar ou água. Quando os tanques estão cheios de água, o submarino se torna mais denso e afunda. Inversamente, quando os tanques estão cheios de ar, o submarino se torna menos denso e sobe.

Balão de ar quente

Este princípio também se aplica a gases, embora não a líquidos. Balões de ar quente sobem porque o ar dentro do balão se aquece, tornando-o menos denso do que o ar frio ao redor. A força de flutuabilidade atua para cima, fazendo com que o balão flutue no ar.

Conclusão

O princípio de Arquimedes é um conceito simples, mas poderoso, que explica por que objetos flutuam ou afundam. É um princípio fundamental usado em muitos aspectos da ciência e engenharia. Compreendê-lo não apenas nos ajuda a apreciar as maravilhas da física, mas também orienta a aplicação desses princípios no mundo real, impactando nossa compreensão de tecnologia, transporte e natureza.


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