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Empuxo: o que é, a fórmula e o Teorema de Arquimedes

Empuxo é o nome da força atuante sobre objetos parcial ou completamente imersos em fluidos, como água e ar. Essa é uma grandeza vetorial, ou seja, aponta sempre na mesma direção e em sentido oposto ao peso do corpo imerso. Essa grandeza é medida em newtons. Continue lendo para saber mais. 

O que é empuxo? 

A força que aparece quando um corpo ocupa espaço dentro de um fluido recebe o nome de empuxo. Essa força depende do:

• Volume do fluido deslocado;
• Densidade do fluido;
• Gravidade local. 

Fórmula do Empuxo

A fórmula para calcular o módulo da força de empuxo é: 

E = dgV

Onde: 

• E – empuxo (N);
• d – densidade do fluido (kg/m³);
• V – volume imerso do corpo ou volume de fluido deslocado (m³)

Empuxo (E)

• É vetorial, dessa forma para fazer os cálculos com essa grandeza é importante aplicar as regras de adição vetorial. 
• Em alguns exercícios de maior complexidade pode ser necessário aplicar, eventualmente, a segunda lei de Newton. 
• Segundo essa lei, a forma resultante sobre um corpo é igual ao produto de sua massa pela aceleração. 

Confira a imagem abaixo:

                                           Empuxo

                                            Peso

Nessa figura está representado um corpo totalmente imerso em um fluido. O peso e o empuxo atuam na mesma direção (vertical), contudo, tem sentidos opostos. Sendo assim a força resultante pode ser calculada pela diferença dos dois. O esquema acima permite entender como funciona o equilíbrio de flutuação. O objeto:

• Afundará se o peso do corpo for maior do que o empuxo exercido pelo fluido. 
• Permanecerá em equilíbrio se o peso do corpo for igual ao empuxo realizado pelo fluido. 
• Flutuará até a superfície do fluido se o peso do corpo for menos do que o empuxo exercido. 

Densidade do fluido (d)

A densidade pode ser chamada também de massa específica do fluido. Ela refere-se a quantidade de matéria por unidade de volume do fluido. Essa é uma grandeza escalar medida em quilogramas por metro cúbico (kg/m³). Confira a seguir a fórmula usada para calcular a densidade de um corpo: 

d = mV

Primeiramente, a densidade de todos os corpos era medida de acordo com a densidade da água pura. Por esse motivo, a densidade da água em condições normais de temperatura e pressão (1 atm e 25 ºC) é definida em 1.000 kg/m³.

Embora para fazer os cálculos sejam utilizadas unidades do SI, também é comum que a densidade dos fluidos seja expressa em outras unidades. Confira abaixo a relação das principais unidades de medida de densidade e as relações estabelecidas entre elas e o padrão:

• 1000 kg / m3 – 1 kg / L.
• 1000 kg / m3 – 1 g / cm3. 

Gravidade (g)

A aceleração que a massa da Terra exerce sobre todos os corpos ao seu redor recebe o nome de gravidade. A gravidade da Terra, no nível do mar, possui intensidade de 9,81 m/s². Porém, normalmente os exercícios adotam essa medida arredondada para 10 m/s². Use a medida fornecida pelo enunciado do exercício. 

Volume do fluido deslocado ou volume do corpo (V)

O volume da fórmula do empuxo corresponde ao quanto do volume do corpo está inserido no fluido ou ao volume do fluido deslocado. Esse volume deve ser medido em metros cúbicos (m³).

Teorema de Arquimedes 

Um dia, o matemático grego Arquimedes observou que ao entrar em uma banheira cheia de água, boa parte do líquido caia para fora. Esse volume deslocado era o mesmo volume ocupado pelo seu corpo. 

Em seguida, ele percebeu que a massa e o peso da água deslocada da banheira não eram equivalentes ao seu peso e massa. A diferença explicaria, então, porque os corpos flutuam. O enunciado do também chamado princípio de Arquimedes ficou dessa forma: 

• “Quando algum corpo é inserido em um fluido, uma força de empuxo vertical e para cima surge sobre o corpo. Essa força é igual ao peso de fluido deslocado”

Casos de flutuação

Comparando as densidades do fluido e do corpo imerso é possível prever se o corpo afundará, flutuará ou permanecerá em equilíbrio. A seguir você poderá conferir essas situações: 

• Corpo afundando – nesse caso a densidade do objeto mergulhado é maior do que a densidade do fluido. Seu peso é maior do que o empuxo exercido pelo fluido. 
• Corpo em equilíbrio – as densidades do corpo e do fluido são iguais se o corpo imerso no fluido permanecer parado. O peso e o empuxo são iguais. 
• Corpo boiando – o empuxo exercido sobre o corpo é maior do que o seu peso se ele boiar no fluido. A densidade do corpo é menor do que a do fluido. 

Peso aparente

Alguns corpos parecem mais leves do que são quando estão dentro da água. Isso ocorre porque quando imersos, além do peso, há o empuxo atuando sobre o corpo. Recebe o nome de peso aparente a diferença entre essas duas forças. 

O peso aparente do corpo será nulo caso o peso e o empuxo apresentem a mesma magnitude. Basicamente, é como se o objeto não apresentasse peso algum. Por esse motivo o objeto ficará parado sobre o fluido. 

Gostou de saber mais sobre o empuxo? Para conferir mais conteúdos como este e dicas para o Enem e o vestibular, acesse outros posts do blog Hexag!