Princípio de Arquimedes

Deve-se também a Arquimedes a definição da força de Empuxo gerada por um corpo imerso em um fluído. “A força de empuxo de um corpo imerso em um fluído é igual ao peso do fluído deslocado”.

Se o empuxo for maior que a força peso do corpo, a tendência do corpo é de subir com aceleração. No caso de o peso ser menor que o empuxo, a tendência é de o corpo descer com aceleração. No caso do empuxo ser igual à força peso o corpo terá a tendência de permanecer parado.

Nota: ao contrário do que se vê em muitos filmes e da crença geral, um submarino ao tentar emergir não solta subitamente toda a água armazenada em seus tanques de lastro. Isso provocaria uma subida acelerada difícil de ser controlada. A liberação do lastro de seus tanques é feita de forma controlada, de modo a manter a força de empuxo igual à força peso, e com isto conseguir uma subida gradual, com velocidade constante. O controle é feito pela hélice de propulsão em conjunto com as aletas controladoras de movimento vertical.

Pressão na coluna de líquido.

A pressão que um líquido de massa específica m, altura h, num local onde a aceleração da gravidade é g exerce sobre o fundo de um recipiente é chamada de pressão hidrostática e é dada pela expressão:

 

 

p= pressão

μ= densidade

g= gravidade

h= altura

Se houver dois ou mais líquidos não miscíveis, teremos: 

Massa específica ou densidade absoluta.

A massa específica é uma característica da substância que constitui o corpo e é obtida pelo quociente entre a massa e o volume do corpo, quando este é maciço e homogêneo. A unidade de massa específica no SI é o kg/m³, mas também é muito utilizada a unidade g/cm³. 

1 g/cm³ = 1000 kg/m³.  

μ = densidade absoluta ou densidade

m= massa do corpo

v= volume do corpo

Observação  

Densidade e densidade absoluta são grandezas físicas diferentes. Observe que podemos obter qualquer das duas grandezas utilizando a fórmula acima, porém, só teremos a densidade absoluta ou massa específica se o corpo em questão for maciço e homogêneo, de outra forma, o que estaremos obtendo é uma característica do corpo chamada densidade.

• Massa específica ou densidade absoluta: característica da substância que compõe o corpo.
• Densidade: caracteristica do corpo.

Princípio de Pascal

O Princípio de Pascal afirma que: “Um acréscimo de pressão exercido em qualquer ponto de um fluído é transmitido para todo o fluído”. Com isso é possível construir e dimensionar macacos hidráulicos, prensas hidráulicas, etc.



Como a pressão é igual em todos os pontos do fluído e supondo a área do pistão da direita sendo 5 vezes maior que o da esquerda temos:



Dessa maneira uma força F_1 será, no exemplo, amplificada (F_2 ) cinco vezes. Esse seria a versão hidráulica da alavanca mecânica concebida por Arquimedes.

Quarta experiência

Primeiro temos a parte teórica que fala quais são os estados da matéria: Sólido, liquido, gasoso, plasma e Condensado de Bose-Einstein.

Primeira experiencia

   A primeira experiencia ainda fala sobre o estado das moléculas. A professora pega um copo com agua fria e outro com agua quente, bota o de agua quente em cima do de agua fria, mas os dois liquidos não se misturam, pois as moleculas da agua fria que estão em baixo, são unidas e não deixam a agua quente se misturar com elas.

   Quando ela faz o mesmo experimento, mas com a agua quente em baixo e a água fria em cima, elas se misturam, pois a agua quente esta em baixo e deixa a agua fria se misturar, pois as suas células não são tão unidas.

Segunda experiencia

   Na segunda experiencia nós vemos o conceito de densidade. Há dois copos com agua e sal e outro somente com a agua, quando botamos o ovo no que não há sal ele afunda, pois sua densidade é maior e quando é posto no que há sal ele flutua, pois sua densidade fica menor.

Terceira experiencia

    Na terceira experiencia falamos sobre a pressão. Ela pega um uma vela e bota em um prato com água e depois a tampa com um copo, depois de um tempo a vela queima o oxigênio que há dentro do copo e a pressão puxa a água para dentro do copo.

Quarta experiencia

   Na quarta experiencia falamos sobre o principio de pascal. Para nos demonstrar é enchido uma almofada inflável com um menino em cima,  o gás continua a se espalhar uniformemente, não importando o peso que há em cima.

Quarta experiencia

   Na quinta experiencia falamos sobre o principio de Arquimedes. Ela utiliza dois copos de água. No primeiro copo é colocada uma maçã e no segunda uma pedra, como a maçã é mais leve que a pedra, a maçã flutua. (A maçã flutua, pois o seu peso é menor que o empuxo e a pedra afunda, pois o seu peso é maior que o empuxo)

Terceira experiência

Dois experimentos: O balão que segura o copo e a garrafa furada que vaza.

Primeira experiencia

   Inicialmente eles botam o copo em cima de uma vela para que o ar que tenha dentro dele fique quente, depois introduzem o balão nele e logo em seguida botam o copo dentro de uma bacia com água. Ao tentarem levantar o balão podemos ver que o copo vai junto, mas porque?

    Isso acontece, pois o ar quente que havia dentro do balão esfriou e desta forma a pressão que também havia dentro do copo diminuiu, então a atmosfera empurra o balão para dentro do copo e o balão fica preso.

Segunda experiencia

   A pressão atmosferica aplica uma força nos dois furos e assim impede com que a água saia quando a tampa esta fechada, mas quando se abre a tampa, a pressão atmosférica entra e faz a água sair.

Hidrostática no cotidiano

Alguns exemplos de aplicações das leis de hidrostática no nosso dia a dia.


Como um submarino consegue subir,descer ou mesmo permanecer parado ? 
Estando o submarino totalmente mergulhado na água, o volume de água deslocado pelo seu casco não se altera. Com isso, o empuxo da água sobre o submarino é constante.Com os reservatórios de água totalmente cheios, o peso do submarino torna-se maior do que o empuxo e o submarino
afunda. Acionadas as bombas hidráulicas dos reservatórios, pode-se retirar água dos mesmos, até que o peso torna-se igual ao empuxo,ficando a o submarino em equilíbrio. Com uma maior retirada de água dos reservatórios, o peso torna-se menor que o empuxo e o submarino sobe. À medida que o submarino vai saindo da água, diminui o peso da água deslocado pelo seu casco, fazendo o empuxo diminuir. Assim que o empuxo se iguala ao peso do submarino, ele se equilibra e estaciona, parcialmente submerso na água.

Como funciona o sistema de freios dos automóveis ?
Quando o motorista pisa no pedal do freio, provoca uma pressão que atua sobre um compartimento com óleo. A pressão se transmite por todo o óleo, inclusive dentro de um sistema de tubos que vai agir sobre as rodas do carro, travando-as. Faltando óleo no sistema de freios, o carro não pára, por isso, é importante a verificação do nível de óleo dos automóveis.

Quando tomamos um refrigerante com canudinho, o líquido sobe por ele. Como isso funciona? 
Quando se puxa com a boca o ar de um canudinho, a pressão diminui no interior do canudo, pois o ar que permanece se espalha e isso faz com que a pressão dentro do canudo fique menor. Então como a pressão atmosférica no líquido não se modificou, ela empurra o líquido para dentro do
canudo.


Por que motivo é melhor fazermos dois furos nas latas de óleo ou de azeite? 
Porque o ar entra por um dos furos e pressiona o líquido para que saia através do outro furo.

Segunda experiência: A garrafa submarino

   Neste vídeos as meninas utilizaram o principio de Arquimedes para nos demonstrar como que é feito para que os submarinos flutuem ou afundem.

   Mas porque isso acontece?

   Quando algo é mergulhado totalmente ou parcialmente este corpo sofrerá o empuxo. Sua formula é:

Empuxo = µLiquido . ValorSubmerso . Gravidade

   Para entender este experimento temos que o empuxo sempre tem o seu valor máximo e muitas vezes o objeto afunda por ter o seu peso maior que o empuxo

   As meninas utilizaram a densidade para que o "submarino" afundasse ou não, quando elas queriam que ele afundasse, o enchiam de água (assim aumentando a densidade) e quando queriam que ele flutuasse o enxiam de ar e desta forma expulsavam a água de dentro do submarino (diminuindo a densidade).

   

Lei de Stevin

A lei de Stevin tem a ver com verificar o que podemos fazer sobre a pressão atmosférica e a pressão nos líquidos. No campo da hidrostática, quando consideramos um líquido qualquer em equilíbrio, a gente tem grandezas para  observar: a densidade, gravidade e altura da coluna de líquido.

É possível escrever a pressão para dois pontos distintos da seguinte forma:

 P_A = d g h_A

P_B = d g h_B

Podemos ver que a pressão no ponto B será maior que a pressão do A, pois ele está numa profundidade maior e suporta uma coluna maior de líquido.

Tabela de fórmulas.

A tabela a seguir, resume as fórmulas de todos os conceitos da hidrostática.

Densidade
Pressão hidrostática
Teorema de Stevin
Teorema de Pascal	"O acréscimo de pressão exercida num ponto em um líquido ideal em equilíbrio se transmite integralmente a todos os pontos desse líquido e às paredes do recipiente que o contém."
Empuxo
Empuxo
Peso aparente

Hidrostática

       Hidrostática é a parte da Física que estuda a força desempenhada por e sobre líquidos em repouso. Este nome faz referência ao primeiro fluido estudado, a água, é por isso que, por razões históricas, mantém-se esse nome. Fluido é uma substância que pode escoar com facilidade, não tem forma própria e tem a capacidade de modificar de forma ao ser submetido à ação e pequenas forças. A palavra fluido pode designar tanto líquidos quanto gases.

    Ao estudar hidrostática é de extrema importância falar de densidade, pressão, Princípio de Pascal, empuxo e o Princípio Fundamental da Hidrostática.

Primeira experiência: Área

   

Neste vídeos podemos ver o principio de Pascal em ação com uma experiencia bem simples! 

Porque isso aconteceu?

   Como foi explicado no vídeo, o principio de Pascal trabalha com três grandezas: pressão, força e área. A formula que utilizamos para trabalhar com elas é: 

Pressão = força

                Área

   O professor utiliza uma placa com duas áreas diferentes com tachinhas distribuídas sobre elas. Depois que ele infla o balão nos demonstra que mesmo que ele aplique uma força X na área maior e depois aplique a mesma força X na área menor, a maior não fara o balão estourar e a menor sim.

   Mas porque o balão só estourou na menor?

   Se aplicarmos a formula do principio de Pascal iremos descobrir que quanto menor a área maior será a pressão e logicamente quanto maior a área menor será a pressão.