A Física na flutuação dos barcos

[Música] nesse vídeo nós vamos estudar os princípios físicos envolvidos na flutuação de um navio Você já se perguntou como um navio feito de metal é capaz de flutuar na água Quais são os princípios físicos envolvidos aí eu sou professor Douglas Gomes e te convido acompanhar este vídeo até o final para que a gente aprenda um pouco mais sobre esse assunto quero aprender física se inscreva no nosso canal ative as notificações que assim sempre que um vídeo novo for lançado você vai ser o primeiro a saber gostou do nosso vídeo deixe o seu joinha assim você

ajuda o nosso canal a crescer quer aprender Enem um curso de maneira metódica aqui embaixo tem um link para o nosso curso para preparar você para o Enem e para outros vestibulares vamos juntos Segue o vídeo para começar vamos falar a respeito do Teorema de estevem ou teorema de Steven sobre a pressão primeira coisa o que é pressão a pressão é a concentração da intensidade da força pela área Como assim seria a razão entre o valor da força normal que atua sobre uma superfície uma força de contato que vai pressionar esta superfície perpendicular a ela

dividido pelo valor da área desta superfície sobre a qual esta força está atuando então há uma relação direta entre intensidade de força e pressão e a gente vai precisar deste tema para conseguir desenvolver as demais ideias a unidade no sistema internacional de pressão é newton por metro quadrado O que é que vale a Pascal em homenagem aquele que desvendou os primeiros princípios né O Princípio de Pascal sobre a transmissão da pressão que é o princípio da prensa hidráulica mas para a gente compreender direitinho a questão da flutuação de um navio a gente precisa conhecer o

teorema de esteve em que diz que quanto mais profundo vocês estiverem líquido mais intensa é a pressão que vai atuar sobre Você Me acompanhe se você é uma pessoa que gosta de nadar gosta de piscinas já deve ter experimentado mergulhar um pouco mais para o fundo encostar a sua cabeça no fundo da piscina você já deve ter percebido incômodo que isso vai causar a sua cabeça você vai sentir que a sua cabeça está mais pressionada pela água que é envolve quanto mais fundo você estiver o teorema de esteve em diz o seguinte que quanto maior

a profundidade maior a pressão e ele equaciona isso vamos supor que você estava inicialmente numa profundidade H1 depois desceu para uma profundidade H2 que seria aprofundidade H1 mais um certo delta h calma não se estresse com a matemática que delta h é esse delta h seria o quanto você desceu Então você agora está uma profundidade maior tendo descido este tal deste delta h da mesma forma que houve um aumento na profundidade houve um aumento da pressão se houve um acréscimo delta h na profundidade vai acontecer um acréscimo Delta p a pressão e por isso os

seus ouvidos vão sofrer de posse dessas equações eu vou enunciar o teorema de esteve em para você esteve em disse que a variação da pressão o acréscimo de pressão quando você desce essa profundidade delta h é igual a densidade do líquido multiplicado pela gravidade multiplicado por esta profundidade que você desceu Então esta equação que vocês estão vendo aqui corresponde ao teorema de estevem estudante de pré-vestibular que está se preparando para a prova do Exame Nacional do Ensino Médio já deve ter ouvido falar nesta expressão quanto maior a profundidade e a densidade do líquido maior o

acréscimo de pressão no mergulho isso quer dizer que se você for para a água do mar que é um pouco mais densa cerca de 3% mais densa que a água doce dos rios você vai ter uns acréscimos de pressão maiores cerca de 3% mais acréscimo de pressão ao mergulhar na água salgada do mar do que se você mergulhar na água doce de um rio mas calma não é uma diferença uma diferença tão relevante depois de estudarmos o teorema de Steven a gente vai precisar falar sobre o princípio de Arquimedes aquele conhecido por ter saído gritando

pelas ruas da cidade a tal Eureka vamos ver como é que se comporta Esse princípio Observe que nós temos um objeto que está parcialmente imerso no ar e parcialmente imerso no líquido isso daqui que eu estou tentando representar seria um líquido eu tentei fazer o desenho tridimensional para a gente conseguir compreender o que está acontecendo a gente sabe que tanto o ar quanto o líquido são meios fluidos e o teorema de esteve em vale para qualquer fluido tanto para o ar quanto para a água se a gente colocar aqui Suponha que isso seja água isso

significa dizer que a pressão exercida pelo fluido tanto pelo ar quanto pelo líquido vai aumentando a medida que nós vamos nos aprofundando verifique como seria a representação dessas forças de pressão pelo que você observa aqui nesta gravura a pressão lá em cima é menor do que aqui embaixo há um aumento apesar de pequeno a medida que a gente vai descendo aqui no ar Por que que o aumento da pressão do ar é pequeno porque aqui a variação da pressão aumento da pressão depende da densidade do líquido ou do fluido no caso que seria o ar

a densidade do ar é de cerca de 1 kg por cada metro cúbico de ar ao passo que um metro cúbico de água tem mil quilogramas por isso é muito comum a gente desprezar para pequenas variações de altura esse acréscimo de pressão que a gente tem a medida que desce a gente só vai fazer considerações a respeito disso se for de subir ou descer centenas de metros né E a gente tem a variação da pressão atmosférica é entre a situação do da linha do mar né e lá nas Serras você sabe que a pressão atmosférica

tem menor intensidade Mas vamos voltar aqui para este exemplo nas laterais as forças vão crescendo de maneira equivalente dos dois lados mas vai haver uma diferença substantiva em relação à pressão na parte inferior e a pressão na parte superior de tal maneira que quando nós temos um objeto todo envolvido pelo fluido ou por fluidos no caso aqui o ar e o líquido a força resultante exercida por esses fluidos vai ser vertical e para cima e a esta força resultante vertical e para cima exercida pelos pelos fluidos nós damos o nome de empuxo arquimediano ou empuxo

de Arquimedes você talvez agora se pergunte e como calcular o valor desse impulso me acompanha é muito comum ver nos livros didáticos de física que um empuxo que esta força resultante é que para cima ela tem o mesmo valor da força peso que atuaria sobre os fluidos que foram deslocados aí você se pergunta mas o que são fluidos deslocados para que esse objeto aí esteja Ele Está ocupando um volume que ao tirar o objeto dessa região seria preenchido aqui em cima por ar e aqui embaixo por líquidos você tirar esse objeto daí este volume imerso

do objeto seria preenchido pelo fluido Então nós vamos criar o costume de chamar este volume imerso no fluido de volume do fluido deslocado Observe então que nós vamos chamar de volume do fluido deslocado o volume imerso neste fluido E se nós quisermos calcular o peso do fluido deslocado eu vou precisar conhecer a densidade do fluido e o volume do fluido para multiplicando densidade por volume conseguir a massa e multiplicando a massa pela gravidade conseguiu o peso vamos ver como isso aconteceria se o empuxo tem o mesmo valor do Peso dos fluidos deslocados você vai dizer

que o empuxo seria a massa dos fluidos deslocados vezes G mas massa é a densidade do fluido vezes o volume do fluido e aqui voltando o impulso seria a densidade do fluido vezes o volume imerso no fluido já que o volume do fluido deslocado corresponde ao volume que está imerso neste fluido Veja isto daqui corresponderia ao volume imerso na água e por sua vez também é o volume que foi deslocado de água para que esse objeto pudesse ficar imerso na água Observe finalmente que o valor do empuxo nada tem a ver com propriedade alguma desse

objeto tem a ver com o líquido confluido e com quanto deste fluido foi deslocado para que o objeto ali fosse colocado Então já sabendo do nosso Princípio de Arquimedes nós vamos para o caso do navio antes de falar sobre o navio Imagine que você tenha uma bola Uma bola que pode ser de futebol de vôlei de basquetebol e você quer colocar bem colocá-la dentro da água Você já percebeu que quanto mais você quer submergir a bola ou seja quanto maior o volume que você quer deixar imerso no líquido imerso na água mas se você vai

precisar fazer porque porque quanto maior o volume imerso no fluido maior o valor do empuxo que é uma força vertical e para cima no caso do empuxo arquimediano o navio ele vai se valer disso quando nós temos um navio este navio vai ficar parcialmente imerso nas águas então Eis aqui o nível da água e nós vamos colocar o navio visto aqui de frente como nós podemos observar neste desenho uma bela parte do navio está imersa na água muitos se perguntam E aí quanto é o valor do empuxo se o navio estiver flutuando é necessário que

o valor da força peso que atua sobre o navio tenha o mesmo valor do empuxo que deve atuar sobre este navio Esta é a condição para que você tenha a flutuação em equilíbrio não é que o impulso seja maior do que o peso nem menor ele tem de ter exatamente o mesmo valor se o impulso for maior do que o peso o navio iria subir se o impulso fosse menor do que o peso o navio iria afundar de tal maneira que nós podemos equacionar aqui o equacionei para que haja equilíbrio o valor do empuxo deve

ser igual ao valor do peso do navio o impulso seria densidade da água vezes o volume que está imerso na água vezes g o valor do peso que a tua sobre o navio com que a terra atrai este navio seria a massa do navio vezes que a gravidade Note que o volume imerso na água para este navio é a massa do navio dividido pela densidade da água agora uma outra história interessante o valor da densidade do navio para que ele consiga flutuar deve ser menor do que a densidade da água mas você se lembra da

história de que o navio é feito de metal e que metal é mais denso do que a água Calma é aqui que vem uma história interessante dentro do navio você não vai encontrar metal maciço existe dentro do navio é um grande volume de e a densidade do ar é desprezível comparado com a dos demais materiais né a densidade do ar é um quilograma por metro cúbico da água passa dos 1000 né Se for água salgada mil quilogramas por metro cúbico E se a gente pegar um metal vai dar mais do que isso ainda então a

densidade muito pequena desprezível do ar diminui a densidade do navio Então por que que o navio consegue flutuar na água porque ele tem um grande volume de ar em seu interior é por isso por exemplo que você consegue fazer um balão subir porque você tem um grande volume de ar quente no interior do balão fazendo com que você consiga voar com balão aqui voltando para esta equação que nós desenvolvemos usando a condição de Equilíbrio vem uma parte Super Interessante o volume imerso na água de um navio vai depender da massa do navio Qual é a

problemática disto quanto maior a carga que o navio for transportar mais imerso na água ele irá ficar então o grande problema do transporte de cargas de um navio às vezes não é porque não cabem cargas do navio se alguém te perguntar Quantas pessoas cabem numa Canoa você vai simplesmente ver se cabe colocar em cima da Canoas pessoas Cuidado não faça isso você tem de verificar se a canoa tem profundidade suficiente para não afundar com as pessoas que estão colocadas em cima dela então não adianta Canoa tem uma grande área se ela não tem um volume

que pode ficar submerso na água grande né ela não pode ser Rasa ela tem que ter essa profundidade os navios têm outro problema que vai acontecer no navio é a mudança de densidade o que que acontece quando um navio passa da água doce para a água salgada muda a densidade da água vai mudar um empuxo não muita gente fala que olha quando o navio saiu da água doce para água salgada Olha que a equação saindo da água doce para água salgada Aumentou a densidade do fluido e por isso aumenta o empuxo falso se o navio

estiver flutuando em equilíbrio ou empuxo vai se manter sempre igual ao peso total do navio e Isso inclui as cargas envolvida s mas por outro lado quando você entra na água salgada que tem uma densidade maior a densidade da água aumenta a massa do navio não muda o aumento desse denominador vai provocar uma redução no numerador então o navio quando passa de água doce para água salgada ele dá uma subidinha ele vai diminuir o volume que está imerso na água e isso para o navio em algumas situações pode ser problemática Vamos estudar o caso nós

vamos tratar agora do equilíbrio do navio vou deixar aqui no card o nosso vídeo a respeito dos tipos de Equilíbrio mas eu vou dar uma breve revisada nesse assunto se você tiver um objeto e tentar equilibrá-lo por um ponto fazendo uma força num ponto abaixo do centro de massa esse equilíbrio é instável você até consegue equilibá-lo Mas é difícil a uma tendência desse objeto de cair toda vida que o ponto de aplicação da força de sustentação estiver abaixo do centro de gravidade do objeto o equilíbrio vai ser instável isso se você conseguir equilibrar por outro

lado se você tentar equilibrar o objeto não por baixo que qualquer forcinha ele vai não volta mais ó tô equilibrando vamos supor que eu tenha conseguido equilibrar dei uma batida Opa caiu e não volta mais este equilíbrio instável mas se eu suspender o objeto pela parte superior se a força de sustentação que eu estiver fazendo estiver acima do centro do objeto este equilíbrio é estável se alguém deslocar ele volta se alguém deslocar para cá ele volta Isso é o que nós chamamos de Equilíbrio estável o mesmo pode acontecer com o navio vamos ver como seria

isso quando o objeto está imerso em um fluido no caso do navio parcialmente imerso na água nós temos o chamado ponto de aplicação da força de empuxo este ponto onde nós podemos dizer que está aplicada a força de puxo que vai ser a força que sustenta o navio que impede o navio de cair este ponto é chamado centro de empuxo e vai se encontrar no centro de gravidade da massa de água que ocuparia este volume para você obter esse centro não é um cálculo muito fácil de fazer mas você precisa saber que este ponto existe

seria o centro de gravidade da massa de água que ocuparia este volume agora para que o navio fique em equilíbrio estável este centro de empuxo que é o ponto de suspensão deve ficar acima do centro de gravidade o centro de gravidade deve ficar aqui abaixo se o centro de gravidade que é o local onde a aplicação da força peso está abaixo a gente consegue isso colocando objetos de grande densidade na parte inferior do navio então a carga do navio em geral é transportada o mais abaixo possível deixando a parte para passageiros essa parte mais superior

carga vai aqui embaixo para trazer para o mais baixo possível o tal do centro de gravidade desta forma nós temos o equilíbrio estável do navio e mesmo que alguma Ventania ou alguma onda o atinja ele vai conseguir retornar a posição de Equilíbrio já que esse equilíbrio é estável assim nós vimos Neste vídeo que o empuxo é a força que sustenta o navio nós vimos que o impulso ele ocorre de baixo para cima por conta do fato de a pressão a medida que nós descemos influido ser maior Daí nós tivemos o teorema de estevem nós notamos

também que para que um navio consiga flutuar a densidade do navio deve ser menor do que a do líquido da água sobre o qual ele flutua ele consegue ter uma densidade menor justamente porque ele tem grandes vazios ou o volumes ocupados por ar de tal maneira que a densidade resultante do navio é uma densidade menor do que é da água o volume do navio que fica imerso na água depende da massa do navio e quando eu falo a já viu isso inclui a carga que ele transporta quanto mais quanto mais carga a gente coloca no

navio mais imerso na água ele vai ficar nós precisamos tomar cuidado para que isso Não provoque acidentes vimos também que a carga deve ficar na região mais baixa do navio justamente para proporcionar o fato de o centro de gravidade do navio fica abaixo do centro do impulso que é o ponto de aplicação da força de empuxo alguns navios para fazerem isso sempre acontecer eles têm um processo de bombeamento da água do mar ou do Lago onde ele estiver do rio onde ele estiver para o interior do navio ele deixa a água entrar para baixar a

posição do centro de massa aqui em compartimentos de carga ou regiões laterais e assim manter a segurança bom nós ficamos por aqui espero que você tenha aprendido um pouco mais sobre a física aplicada no contexto dos navios até um outro encontro se gostou do nosso vídeo deixe o seu joinha se inscreva no canal se quiser aprender mais física vai ser sempre uma nova alegria ter você aqui com a gente um forte abraço [Música]