Instruções gratuitas passo a passo 
No nosso exemplo, a bola flutua na água. Depois de consultar um livro de referência, sabemos que a água tem uma densidade de cerca de 1.000kg/m. A densidade de muitos outros líquidos comuns está listada nas binas (e outros trabalhos de referência). Você pode consultar essa lista via esse site. 
Em nosso exemplo, se estamos lidando com um sistema estático simples, podemos supor que apenas a única força para baixo no líquido e no objeto submerso é a força gravitacional padrão: 9,81 Newtons/kg. No entanto, e se nossa bola flutuar em um balde de água que é jogado em um círculo horizontal em grande velocidade?? Nesse caso (assumindo que o balde é girado rápido o suficiente para garantir que nem a água nem a bola caiam), a força `para baixo` nessa situação pode ser derivada da força centrífuga criada ao balançar o balde, e não da gravidade. 
Vamos resolver nosso problema de exemplo plugando esses valores na equação Fb = Vs × D × g. fb =0,262 m × 1.000 kg/m × 9,81 Newton/kg = 2.570 Newtons. 
Por exemplo, digamos que queremos saber se um barril cilíndrico de madeira pesando 20 kg, 0,75 m de diâmetro e 1,25 m de altura flutuará na água. Isso requer várias etapas: Determinamos o volume com a fórmula para o volume de um cilindro, V = π(raio)(altura). V = π(0,375)(1,25) = 0,55 metros. Então podemos resolver a força de empuxo no navio (assumindo gravidade padrão e água de densidade comum). 0,55 m × 1000 kg/m × 9,81 newton/quilograma = 5.395,5N. Agora precisamos determinar a gravidade no barril. G = (20 kg) (9,81 m/s) = 196,2N. Isso é muito menor do que a força de empuxo, então o barril flutuará na água. 
Para o propósito deste experimento, é seguro assumir que a água tem uma densidade padrão de 1.000kg/m. A menos que você esteja usando água salgada ou um líquido completamente diferente, a maioria das águas terá uma densidade próxima o suficiente desse valor de referência para que uma pequena diferença não altere nossos resultados. Se você tiver uma pipeta, isso pode ser muito útil para a redistribuição correta da água no recipiente interno. 
Para fins de nosso exemplo, digamos que colocamos um carrinho de brinquedo com massa de 0,05 kg no recipiente interno. Não precisamos calcular o volume do carro para calcular a força de empuxo, como veremos no próximo passo. 
Em outras palavras, se o seu objeto flutuar, o volume da água derramada é igual ao volume do objeto que está abaixo da superfície da água. Se o objeto afundar, o volume de água derramado será igual ao volume de todo o objeto. 
Continuando com nosso exemplo, suponha que nosso carrinho de brinquedo afunde no recipiente mais interno e desloque cerca de duas colheres de sopa de água (0,00003 m). Para encontrar a massa da água, multiplicamos pela densidade: 1.000 kg/m × 0,00003 m = 0,03kg. 
Portanto, objetos de baixa massa, mas de alto volume, são os tipos de objetos mais resilientes. Esta propriedade significa que objetos ocos experimentam uma forte força de empuxo. Pense em uma canoa - Ela flutua bem porque é oca, então uma canoa pode mover muita água sem uma massa muito alta. Se as canoas não fossem ocas, não flutuariam muito bem. Em nosso exemplo, o carro tem uma massa maior (0,05 kg) do que a água deslocada (0,03 kg). Isso está de acordo com o que observamos: o carro afundou.
Calculando a força de empuxo
Contente
A força de empuxo é a força oposta à força da gravidade em objetos em um líquido. Quando um objeto é colocado em um líquido, o peso do objeto empurra o líquido (líquido ou gás) para baixo enquanto uma força ascendente empurra contra o objeto, contra a gravidade. Em geral, esta força de empuxo pode ser calculada usando a equação fb = Vs × D × g, onde Fb a força de empuxo é, Vs o volume da parte submersa do objeto, D a densidade do líquido em que o objeto está submerso e g a gravidade. Para calcular a flutuabilidade de um objeto, você pode continuar lendo abaixo na Etapa 1.
Degraus
Método 1 de 2: Usando a equação da força de empuxo
1. Determine o volume da parte submersa do objeto. A força de empuxo em um objeto é diretamente proporcional ao volume do objeto que está submerso. Em outras palavras, quanto mais um objeto estiver submerso, maior será a força de empuxo que atua sobre ele. Isso significa que mesmo os objetos que afundam no líquido têm uma força ascendente que os empurra para cima. Para calcular a força de empuxo em um objeto, seu primeiro passo é geralmente determinar o volume do objeto submerso em um líquido. Para a equação da força de empuxo, este valor deve ser expresso em metros cúbicos (m).
- Para objetos completamente submersos no líquido, o volume de água é igual ao volume do próprio objeto. Para objetos que flutuam em um líquido, apenas o volume abaixo da superfície do líquido é incluído.
- Por exemplo, digamos que queremos saber a força de empuxo de uma bola de borracha flutuando na água. Se a bola é uma esfera perfeita com um diâmetro de 1 metro (3.3 pés) e exatamente na metade da bola flutua na água, então podemos encontrar o volume da parte debaixo d`água determinando o volume da bola inteira, então pegamos metade dela. Como o volume de uma esfera é igual a (4/3)π(raio) , sabemos que o volume da bola é igual a (4/3)π(0.5) = 0,524 m. 0,524/2 = 0,262 m debaixo d`água.
2.Determine a densidade do líquido. O próximo passo no processo de encontrar a força de empuxo é definir a densidade (em kg/metro) do líquido no qual o objeto está imerso. A densidade é uma medida do peso de um objeto ou substância em relação ao seu volume. Para dois objetos de igual volume, o objeto com maior densidade pesará mais. Como regra, quanto maior a densidade do líquido em que um objeto está imerso, maior a força de empuxo. Para líquidos, geralmente é mais fácil determinar a densidade simplesmente procurando nas binas (ou outro livro de referência).
3. Determine a gravidade (ou outra força para baixo). Quer um objeto afunde ou flutue em um líquido, ele está sempre sujeito à gravidade. No mundo real, essa força constante para baixo é igual a 9,81 Newtons/kg. No entanto, em situações em que outras forças, como a força centrífuga, também atuam sobre o líquido e o objeto nele imerso, elas também devem ser levadas em consideração na determinação da força total `descendente` para todo o sistema.
4. Multiplicar volume × densidade × gravidade. Se os valores para o volume do objeto (em m), a densidade do líquido (em kg/m) e a gravidade (ou a força para baixo no sistema) são fornecidos, é fácil determinar a força de empuxo. Basta multiplicar esses três valores para encontrar a força de empuxo em Newtons.
5. Descubra se o seu objeto está flutuando (ou flutuando na água) comparando a força de empuxo com a gravidade. Usando a equação de empuxo, é fácil encontrar a força que empurra um objeto para fora do líquido em que está imerso. No entanto, com um pouco de trabalho extra, também é possível determinar se o objeto flutuará ou afundará. Para fazer isso, determine a força de empuxo em todo o objeto (em outras palavras, tome o volume inteiro como Vs) e, em seguida, determine a gravidade empurrando o objeto para baixo, usando a equação G = (massa do objeto) (9,81 m/s). Se a força de empuxo for maior que a gravidade, o objeto flutuará. Por outro lado, afundará se a gravidade for maior. Se forem iguais, pode-se dizer que o objeto permanece `flutuando` no líquido.
6. Use a mesma abordagem que para um líquido com um gás. Ao resolver questões sobre flutuabilidade, tenha em mente que o líquido em que o objeto está submerso não é necessariamente um líquido. Os gases também são basicamente líquidos e, embora tenham uma densidade muito baixa em comparação com outras substâncias, ainda podem suportar o peso de certos objetos flutuando neles. Um simples balão de hélio é uma evidência clara disso. Como o gás no balão é menos denso que o líquido ao seu redor (ar comum), ele flutua!
Método 2 de 2: Um experimento simples de flutuabilidade
1. Coloque uma tigela pequena ou xícara dentro de uma. Com alguns itens domésticos, é fácil ver os princípios da flutuabilidade em ação! Neste experimento simples, mostraremos que um objeto imerso experimenta flutuabilidade porque desloca uma quantidade de líquido igual ao volume do objeto imerso. Enquanto fazemos isso, também mostraremos como encontrar a força de empuxo de um objeto de maneira prática com este experimento. Para começar, coloque um pequeno recipiente aberto, como uma tigela ou xícara, dentro de um recipiente maior, como uma tigela ou balde grande.
2. Encha o recipiente interno até a borda. Agora encha o pequeno recipiente interno com água. Certifique-se de preenchê-lo até a borda sem derramar. Tome cuidado! Se derramar água, esvazie o recipiente maior antes de tentar novamente.
3. Mergulhe um pequeno objeto na água. Agora encontre um pequeno objeto que caiba no recipiente interno que possa suportar água. Determine a massa desse objeto em quilogramas (você pode usar uma balança ou balança que indique seu peso em gramas e depois convertê-lo em quilogramas). Em seguida, mergulhe-o lentamente e uniformemente na água até que comece a flutuar ou você mal consiga segurá-lo, depois o deixe ir. Um pouco da água do recipiente interno vai transbordar para dentro do recipiente externo.
4. Coloque a água transbordante em um copo. Quando submergimos um objeto na água, parte dele é deslocada. Caso contrário, não haveria espaço para o objeto afundar na água. Quando a água é empurrada pelo objeto, a água empurra de volta, resultando em força de empuxo. Pegue a água que escorreu para o recipiente externo e despeje-a em um pequeno copo medidor. A quantidade de água no copo medidor deve ser aproximadamente igual ao volume do objeto submerso.
5. Calcule o peso da água derramada. Como você conhece a densidade da água e pode medir o volume da água derramada com o copo medidor, também conhece a massa. Converta o volume para m (a ferramenta de conversão online útil) e multiplique pela densidade da água (1.000 kg/m).
6. Compare a massa da água deslocada com a do objeto. Agora que você conhece a massa do objeto submerso na água e a da água deslocada, você pode comparar os dois para ver qual é maior. Se a massa do objeto submerso for maior que a da água deslocada, então ele deve ter afundado. Por outro lado, se a massa da água deslocada for maior, então o objeto deve ter flutuado. Este é o princípio da flutuabilidade em ação - para permanecer flutuando como um objeto, ele terá que deslocar uma massa de água maior que a do próprio objeto.
Pontas
- Use uma balança ou balança que possa ser zerada após cada leitura para leituras precisas.
Necessidades
- Copo ou tigela pequena
- Tigela ou balde maior
- Objeto pequeno para a água (como uma bola de tênis)
- Copo medidor
Artigos sobre o tópico "Calculando a força de empuxo"
Оцените, пожалуйста статью
Popular
