Graduação
  1. Mecânica clássica  1.1. dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. movimento de projétil  1.1.4. Velocidade relativa  1.1.5. Movimento circular uniforme  1.1.6. Movimento circular não uniforme  1.1.7. Sistemas de referência e transformações  1.2. Leis de Newton do Movimento  1.2.1. Primeira lei do movimento  1.2.2. Segunda lei do movimento  1.2.3. Terceira Lei do Movimento  1.2.4. Aplicações das Leis de Newton  1.2.5. Atrito e seus tipos  1.2.6. Diagrama de Corpo Livre  1.2.7. Restrições e pseudo-forças  1.3. Trabalho e Energia  1.3.1. trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema trabalho–energia  1.3.3. Energia Cinética  1.3.4. Energia potencial na mecânica clássica  1.3.5. Forças conservativas e não conservativas  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.4. Velocidade e colisões  1.4.1. Momento linear  1.4.2. Conservação do Momento  1.4.3. Impulso e força de impacto  1.4.4. Colisão elástica e inelástica  1.4.5. Centro de massa e velocidade  1.4.6. Propulsão de Foguetes  1.5. Movimento rotacional  1.5.1. Torque e Momento Angular  1.5.2. Momento de inércia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energia Rotacional  1.5.5. Movimento de Rolamento  1.5.6. Precessão e movimento giroscópico  1.6. Força gravitacional  1.6.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.6.2. Energia potencial gravitacional  1.6.3. Mecânica orbital  1.6.4. Leis do movimento planetário de Kepler  1.6.5. Campo gravitacional e potencial  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Pressão e Princípio de Pascal  1.7.2. Flutuabilidade e o Princípio de Arquimedes  1.7.3. Dinâmica dos Fluidos e Princípio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidade e Lei de Poiseuille  1.7.5. Tensão superficial e capilaridade  1.8. Oscilações e ondas  1.8.1. Movimento Harmônico Simples  1.8.2. Oscilações amortecidas e forçadas  1.8.3. Oscilações acopladas e modos comuns  1.8.4. Propriedades e tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras e o Efeito Doppler  1.8.6. Interferência de ondas e superposição
  2. Eletromagnetismo  2.1. Eletrostática  2.1.1. Carga elétrica e propriedades  2.1.2. Lei de Coulomb  2.1.3. Campo elétrico e potencial elétrico  2.1.4. Lei de Gauss  2.1.5. Capacitância e Dielétrico  2.1.6. Dipolo elétrico e energia potencial  2.2. Circuitos Elétricos  2.2.1. Corrente e Resistência  2.2.2. Lei de Ohm  2.2.3. Leis de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuits de CA e Reatância  2.2.6. Energia e potência elétrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos e Forças Magnéticas  2.3.2. Lei de Ampère  2.3.3. Momento de dipolo magnético  2.3.4. Lei de Biot-Savart  2.3.5. Materiais Magnéticos e Histerese  2.4. Indução eletromagnética  2.4.1. Lei de Faraday  2.4.2. Lei de Lenz  2.4.3. Autoindução e indução mútua  2.4.4. Transformadores e circuitos indutivos  2.5. Equações de Maxwell  2.5.1. Lei de Gauss para eletricidade  2.5.2. Lei de Gauss para o magnetismo  2.5.3. Lei da indução de Faraday  2.5.4. Lei de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas eletromagnéticas
  3. Termodinâmica  3.1. Leis da Termodinâmica  3.1.1. Lei Zero da Termodinâmica  3.1.2. Primeira lei da termodinâmica  3.1.3. Segunda Lei  3.1.4. Terceira Lei  3.2. Calor e trabalho  3.2.1. Transferência de calor (condução, convecção, radiação)  3.2.2. Expansão térmica  3.2.3. Motores térmicos e refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot e eficiência  3.3. Mecânica estatística  3.3.1. Distribuição de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropia e Probabilidade  3.3.3. Função de partição  3.3.4. Estatísticas de Fermi–Dirac e Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexão e Refração  4.1.2. Espelhos e lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. Princípio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferência em óptica de ondas  4.2.2. Difração  4.2.3. Polarização  4.2.4. Coerência e holografia
  5. Mecânica quântica  5.1. Dualidade onda-partícula  5.1.1. Radiação de corpo negro na dualidade onda-partícula em mecânica quântica  5.1.2. Efeito Fotoelétrico  5.1.3. Espalhamento Compton  5.1.4. Comprimento de onda de De Broglie  5.2. Equação de Schrödinger  5.2.1. Equação de Schrödinger independente do tempo  5.2.2. Partícula em uma caixa  5.2.3. Túnel Quântico  5.2.4. Poços e barreiras de potencial  5.3. Estados Quânticos  5.3.1. Função de onda  5.3.2. Operadores quânticos  5.3.3. Princípio da incerteza de Heisenberg  5.3.4. Momento angular e spin
  6. Relatividade  6.1. Relatividade especial  6.1.1. Transformações de Lorentz  6.1.2. Expansão do tempo e contração do comprimento  6.1.3. Energia relativística e momento  6.2. Relatividade Geral  6.2.1. Princípio da Equivalência  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionais  6.2.4. Buracos negros e horizontes de eventos
  7. Física do estado sólido  7.1. Estrutura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difração de raios X  7.1.3. Teoria das bandas  7.1.4. Fónons e vibrações da rede  7.2. Propriedades Elétricas e Magnéticas  7.2.1. Condutores, Semicondutores e Isolantes  7.2.2. Supercondutividade  7.2.3. Efeito Hall
  8. Física nuclear e de partículas  8.1. Estrutura Atômica  8.1.1. Modelo Atômico  8.1.2. Energia de ligação nuclear  8.2. Radioatividade  8.2.1. Decaimento alfa, beta, gama  8.2.2. Meia-vida  8.2.3. Fissão e Fusão Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Padrão  8.3.2. Quarks e Léptons  8.3.3. antimatéria  8.3.4. Interações fundamentais
  9. Astrofísica e cosmologia  9.1. Evolução estelar  9.1.1. Formação estelar  9.1.2. Buracos negros e estrelas de nêutrons  9.1.3. Anãs brancas e supernovas  9.2. Cosmologia  9.2.1. The Big Bang Theory  9.2.2. Matéria escura e energia escura  9.2.3. Fundo cósmico de micro-ondas

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Flutuabilidade e o Princípio de Arquimedes


No estudo da mecânica dos fluidos, é importante entender como os objetos interagem com os fluidos. Dois conceitos fundamentais neste campo são flutuabilidade e o princípio de Arquimedes. Esta lição fornecerá informações detalhadas sobre esses conceitos, explicando seus princípios, importância e aplicações no mundo real.

Flutuação

A flutuabilidade é a força ascendente exercida por um fluido que se opõe ao peso de um objeto nele colocado. É por isso que os objetos flutuam ou afundam na água. Vamos analisar mais detalhadamente como essa força funciona e quais fatores a afetam.

O que é força de flutuação?

Quando um objeto é imerso em um fluido (total ou parcialmente), ele experimenta uma força de flutuação ascendente. Esta força é igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto. O princípio que rege a flutuabilidade é o mesmo para todos os fluidos, o que significa que se aplica tanto a líquidos quanto a gases.

Força de flutuação (F_b) = peso do fluido deslocado

Fatores que afetam a flutuabilidade

  1. Volume do objeto: Objetos maiores deslocam mais fluido, aumentando a força de flutuação.
  2. Densidade do fluido: Quanto mais denso o fluido, maior a força de flutuação para uma dada quantidade de deslocamento.

Exemplo visual

Água objeto

Princípio de Arquimedes

O princípio de Arquimedes explica por que ocorre a flutuabilidade. Ele afirma que um objeto imerso em um fluido é levantado por uma força igual ao peso do fluido que desloca. Este princípio ajuda a prever se um objeto flutuará ou afundará.

F_b = ρ_fluid × V_displacement × g

Onde:

  • F_b é a força de flutuação.
  • ρ_fluid é a densidade do fluido.
  • V_displaced é o volume do fluido deslocado.
  • g é a aceleração devido à gravidade (cerca de 9.81 m/s² na Terra).

Entendendo através de exemplos

Exemplos: navio flutuante

Um navio flutua porque desloca uma quantidade de água igual ao seu próprio peso. Quando entra na água, ele afunda até que o peso da água deslocada seja igual ao seu próprio peso, após o qual flutua.

Por que os navios flutuam?

Embora os navios sejam feitos de materiais pesados, eles conseguem flutuar por causa de seu formato, que desloca um grande volume de água. A densidade total do navio (incluindo suas partes ocas preenchidas com ar) é menor que a densidade da água, permitindo que ele flutue.

Aplicações na vida real: submarinos

Os submarinos podem tanto flutuar na superfície quanto afundar até o fundo do oceano, controlando sua flutuabilidade. Eles ajustam sua flutuabilidade mudando a quantidade de água em seus tanques de lastro.

Exemplo visual

Submarino

Cálculo da força de flutuação

Para calcular a força de flutuação que atua sobre um objeto, precisamos saber o volume do objeto imerso no fluido e a densidade do fluido. Uma vez conhecidos esses valores, a fórmula para flutuabilidade pode ser aplicada.

Exemplo: cálculo da força de flutuação

Considere um pedaço de madeira com um volume de 0.5 m 3 imerso em água. Se a densidade da água for 1000 kg/m 3, qual será a força de flutuação?

Usando F_b = ρ_fluid × V_displaced × g:
F_b = 1000 kg/m³ × 0.5 m³ × 9.81 m/s²
F_b = 4905 N

A força de flutuação atuando sobre o bloco é de 4905 N.

Flutuação e afundamento: densidade e flutuabilidade

Se um objeto flutua ou afunda é determinado comparando-se a densidade do objeto com a densidade do fluido em que está localizado.

  • Flutuante: Se a densidade de um objeto for menor que a densidade do fluido, então o objeto flutuará.
  • Afundando: Se a densidade de um objeto for maior que a densidade do fluido, então o objeto afundará.

Exemplo: será que flutua?

Um pedaço de plástico com densidade de 600 kg/m³ é colocado em um óleo com densidade de 800 kg/m³. O plástico flutuará?

Como a densidade do plástico (600 kg/m³) é menor que a densidade do óleo (800 kg/m³), o plástico flutuará.

Densidade e o princípio de Arquimedes

O princípio de Arquimedes não se limita ao contexto da água, mas aplica-se a qualquer fluido. Ele permite prever a capacidade de flutuação de um objeto com base na sua densidade. Essa aplicabilidade universal faz dele um pilar da mecânica dos fluidos.

Em conclusão

A flutuabilidade e o princípio de Arquimedes são componentes essenciais da mecânica dos fluidos, fornecendo um arcabouço para entender por que e como os objetos interagem com fluidos. Ao dominar esses conceitos, ganha-se uma visão sobre como os objetos flutuam, afundam e se movem em sistemas fluidos. Esse conhecimento é utilizado em diversos campos, incluindo engenharia, biologia, oceanografia e até mesmo aeroespacial.

Através de cálculos, teoremas e exemplos, a Flutuabilidade e o Princípio de Arquimedes revelam as fascinantes interações entre objetos e os fluidos que eles contêm, e demonstram as leis fundamentais da física que regem os fenômenos cotidianos.


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