Aplicações práticas do empuxo

Prévia do material em texto

Física II 
 
 
 
APLICAÇÕES PRÁTICAS DO EMPUXO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 
 
Sumário 
 
Introdução ............................................................................................................................. 2 
 
Objetivo ................................................................................................................................. 2 
 
1. Aplicações do Empuxo ................................................................................................. 2 
1.1. Empuxo na Engenharia......................................................................................... 2 
1.2. Empuxo na Biofísica .............................................................................................. 4 
 
1.3. Empuxo no Esporte................................................................................................... 4 
 
Exercícios ............................................................................................................................... 5 
 
Gabarito ................................................................................................................................. 6 
 
Resumo .................................................................................................................................. 6 
 
 
 
 
2 
 
Introdução 
Nesta apostila será mostrado onde o empuxo é aplicado em situações comuns 
presentes no cotidiano de qualquer pessoa. Usaremos exemplos nas áreas das 
engenharias, biofísica e esporte para elucidar questões teóricas referentes à força de 
empuxo. 
Aprender a identificar conceitos físicos em situações do dia a dia é essencial 
para que possamos aplicar a física que aprendemos em situações reais e entender os 
motivos que levam a determinadas situações. Não são apenas as áreas relacionadas 
às ciências exatas que podem utilizar a força de empuxo como questão base de seus 
problemas, como veremos a seguir. 
Objetivo 
• Entender como o empuxo pode ser aplicado em outras áreas do 
conhecimento. 
 
1. Aplicações do Empuxo 
1.1. Empuxo na Engenharia 
Dentre diversos exemplos que podem ser utilizados na área da engenharia, 
escolhemos apresentar a aplicação do empuxo em embarcações. Como pode-se ver 
com facilidade uma embarcação, seja pessoalmente ou por meio virtual, esse é um 
exemplo simples para nos guiar no estudo do empuxo. 
As embarcações adquirem estabilidade de acordo com a relação entre o seu 
centro de gravidade e o centro de empuxo aplicado. Uma condição importante na 
construção de embarcações é que o centro de empuxo não coincida com o centro de 
gravidade, já que durante a navegação há o risco de não poder retornar ao seu 
equilíbrio para manter a navegação, como pode ser visto na figura. 
O centro de gravidade de uma embarcação é constante, ou seja, é sempre o 
mesmo. O que pode variar é o centro de empuxo de acordo com sua posição em 
relação à água. O ideal é que o centro de gravidade esteja deslocado para baixo do 
centro de empuxo para que o equilíbrio seja estável, figura seguinte. 
 
 
3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
01 
Embarcação estável x embarcação instável. Vetores do centro de gravidade, centro de 
empuxo da embarcação, força peso e força de empuxo. 
Ao carregar o navio com equipamentos, mercadorias ou pessoas é importante 
que a disposição desses corpos seja feita de tal maneira que o centro de gravidade da 
embarcação seja o mais próximo possível do fundo dela para manter a relação entre 
o centro de empuxo e o centro de gravidade. 
E por que a embarcação não afunda? Justamente por causa da relação entre 
pressão e empuxo. O formato da embarcação também ajuda a mantê-la sem afundar. 
O navio é composto por metal, mas seu volume é muito grande e em sua maioria é 
preenchido por ar, o que ocasiona na diminuição da densidade da embarcação. Uma 
parte dela fica imersa na água e a força peso possui o mesmo valor do empuxo, já que 
a embarcação flutua. Se o empuxo fosse menor do que a força peso, então a 
embarcação afundaria. 
 
SAIBA MAIS! 
 
 
 
 
 
 
 
Você já parou para pensar em qual é o papel do empuxo 
no voo de aeronaves? 
O empuxo tem papel essencial para manter um avião 
voando. Pense sobre isso! 
 
4 
 
1.2. Empuxo na Biofísica 
Você já parou para pensar em como os peixes conseguem ficar parados dentro 
da água sem afundar? Para que isso não aconteça, é necessário que o corpo e o meio 
tenham a mesma densidade. O peixe não terá necessariamente a mesma densidade 
que a água, então como ele faz isso? 
Não há como modificar o volume do peixe, mas a densidade pode ser alterada. 
Os peixes têm um sistema chamado de bexiga natatória na cavidade abdominal. 
Nessa bexiga há gás, portando colocar ou tirar gás dessa bexiga natatória permite 
alterar a densidade do peixe. 
Quando a densidade do peixe se iguala à densidade da água, ele pode manter-
se em repouso sem afundar. Peixes que não possuem essa bexiga natatória em sua 
constituição precisam estar constantemente em movimento, figura seguinte. 
 
 
 
 
 
 
 
 
02 
Bexiga natatória do peixe. 
 
1.3. Empuxo no Esporte 
O empuxo também está presente no esporte. Esportes olímpicos como a 
natação aplicam esse conceito físico constantemente. Na natação, a física pode 
ajudar o esportista a nadar mais rápido ou ainda atrapalhar o seu desempenho. 
Quando nadamos, nos deslocamos num líquido, e essa movimentação gera 
uma resistência entre o corpo do nadador e a água. Essa resistência é a força de 
arrasto, mas ela não é nosso foco no momento. 
Falamos muito sobre corpos que afundam e flutuam. Na natação, há a 
necessidade de estar sempre flutuando para chegar mais rápido ao final do percurso. 
Nesse sentido, a força de empuxo vem a contribuir favoravelmente com o nadador, 
pois exerce uma força na vertical para cima que é contrária à força peso. 
Às vezes quando sentimos que estamos afundando, basta encher os pulmões 
de ar para que possamos ter uma ajudinha para ficar na superfície do fluido. O 
 
5 
 
balançar das pernas enquanto nadamos também nos ajuda a manter o equilíbrio 
dentro da água e diminui a chance de afundarmos. 
Outros esportes como polo aquático, nado sincronizado e paraquedismo 
também são influenciados pelo empuxo. Percebe-se bem essa relação através da 
imagem a seguir. 
 
 
03 
Empuxo no esporte: natação. 
Exercícios 
1. (AUTOR, 2019) No dia a dia algumas situações acontecem nas quais a força de 
empuxo está presente. Marque V para respostas verdadeiras ou F para 
respostas falsas. 
( ) Nadar. 
( ) Caminhar. 
( ) Fazer chá. 
2. (UFRGS 2016) Um objeto sólido é colocado em um recipiente que contém um 
líquido. O objeto fica parcialmente submerso, em repouso. A seguir, são feitas 
três afirmações sobre o módulo da força de empuxo sobre o objeto. 
I - É proporcional à densidade do líquido. 
II - É proporcional ao volume total do objeto. 
III- É proporcional à densidade do objeto. 
Quais estão corretas? 
a) Apenas I. 
b) Apenas II. 
c) Apenas III. 
d) Apenas I e III. 
 
6 
 
e) I, II e III. 
3. (UFRGS 2015) Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do 
enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. 
Dois objetos, R e S, cujos volumes são iguais, são feitos do mesmo material. R 
tem a forma cúbica e S a forma esférica. Se R é maciço e S é oco, seus 
respectivos pesos PR e PS são tais que _____ . Quando mantidos totalmente 
submersos em água, a força de empuxo ER exercida sobre R é _______força de 
empuxo ES exercida sobre S. 
a) PR > PS – maior do que a 
b) PR > PS – igual à 
c) PR > PS – menor do que a 
d) PR = PS – maior do que a 
e) PR = PS – igual 
Gabarito 
1. Respostas V, F e V. O empuxo está presente em exercícios como a natação e ao 
fazer chá também é possível percebê-lo. Para caminhar a força de empuxo não 
é aplicada. 
2. Para calcular o empuxo utilizamos apenas as informações referentes ao fluido. 
Por isso, apenas a resposta que diz que é proporcional à densidade do líquido 
está correta. Resposta correta: A. 
3. Como R é maciço e S é oco, porém ambos tem o mesmo volume, isso quer dizer 
que PR> PS. Quando ambos são submersos, deslocam a mesma quantidade de 
fluido por terem o volume igual, portanto o empuxo aplicado aos dois corpos 
é o mesmo. Resposta correta: B. 
 
Resumo 
A física é importante em todas as áreas do conhecimento. O empuxo, em 
especial, está presente em diversas situações do nosso cotidiano. Na engenharia, 
aplica-se o estudo do empuxo na construção e utilização de embarcações. Vimos que 
apesar de uma embarcação ser enorme e constituída de metais, ela não afunda, pois 
a sua densidade é diminuída devido à grande quantidade de ar presente em seu 
interior. A condição de flutuabilidade também deve ser satisfeita, onde a força de 
 
7 
 
empuxo é igual à força peso. Outro fator determinante para uma embarcação não 
afundar é a relação entre o centro de empuxo e o centro de gravidade que promovem 
o equilíbrio do navio. 
Na biofísica pode-se estudar o comportamento e composição física dos peixes 
com o auxílio da força de empuxo. O modo como nadam ou ficam parados no fundo 
de mares e rios, podem nos dizer muito sobre a morfologia desses animais. Há peixes 
que podem alterar sua própria densidade através da bexiga natatória, que permite 
que o peixe a encha ou elimine o gás presente nela. 
Na área que se refere à educação física, o empuxo está presente tanto em 
esportes aquáticos quanto aéreos. Nos esportes aquáticos, o empuxo auxilia os 
nadadores e jogadores de polo aquático a flutuarem e facilita que os esportistas 
concluam o percurso com rapidez ou arremessem a bola melhor. 
 
 
 
8 
 
Referências bibliográficas 
PIBID Física. A física ontem e hoje: Esportes aquaticos. Disponível em: 
<http://www.fisica.alegre.ufes.br/sites/fisica.alegre.ufes.br/files/jornal_online_15a_edicao.pdf>. Acesso em: 22 
fev 2019 às 19h. 
AZEHEB, Laboratório de física. Como os navios flutuam?. Disponível em: <https://azeheb.com.br/blog/como-os-
navios-flutuam/>. Acesso em: 22 fev 2019 às 20h. 
OKUNO, E., CALDAS, I., CHOW, C. Física para ciências biológicas e biomédicas. São Paulo: Harper &Row do Brasil, 
1982. 
 
Referências imagéticas 
FIGURA 1. WIKIMEDIA. Disponível em: <https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ship_stability.svg>. Acesso em: 
01 mar 2019 às 17h30. 
FIGURA 2. WIKIMEDIA. Disponível em: <https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fish_Swim_Bladder.svg>. 
Acesso em: 01 mar 2019 às 17h30. 
FIGURA 3. WIKIMEDIA. Disponível em: < 
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Atletas_da_nata%C3%A7%C3%A3o_treinam_no_Est%C3%A1dio_Aqu%C3
%A1tico_(28023290343).jpg>. Acesso em: 01 mar 2019 às 17h30.