a) Defina o conceito de empuxo.
b) Explique como o empuxo depende da pressão.
c) Como um objeto feito de um material mais denso do que a água pode flutuar nela?

Passo 1

O enunciado pede três coisas sobre o empuxo em fluidos:
a) definir o conceito de empuxo,
b) explicar como esse empuxo depende das variações de pressão no fluido,
c) justificar por que um objeto com densidade maior que a da água pode, mesmo assim, flutuar.
Para resolver vamos usar estática de fluidos, princípio de Arquimedes e noções de pressão hidrostática.

Passo 2

Empuxo é a força resultante que o fluido exerce sobre um corpo imerso, apontando para cima. Na prática, o fluido aplica pressão em todos os pontos da superfície do corpo e a soma vetorial (ou integral) dessas pressões gera uma força líquida para cima.

Passo 3

A pressão em um fluido em repouso aumenta com a profundidade segundo
P = P_{0} + \rho_{\text{fluido}}\,g\,h
onde P_{0} é a pressão na superfície livre, \rho_{\text{fluido}} é a densidade do fluido, g a aceleração da gravidade e h a profundidade.
Como a pressão na face inferior do corpo (mais profunda) é maior que na face superior, há uma diferença de pressão que resulta num empuxo. Se integramos essa pressão ao longo da superfície vertical projetada do corpo, obtemos o princípio de Arquimedes:
F_{b} \;=\;\rho_{\text{fluido}}\,g\,V_{\text{deslocado}}
ou seja, o empuxo F_{b} é igual ao peso do volume de fluido que o corpo desloca.

Passo 4

Da expressão acima vemos claramente como o empuxo depende da pressão: quanto maior a densidade do fluido ( \rho_{\text{fluido}}) ou maior o volume deslocado ( V_{\text{deslocado}}), maior será a força de empuxo, já que a pressão hidrostática cresce com \rho_{\text{fluido}}\,g\,h.

Passo 5

Um objeto feito de material mais denso que a água pode flutuar se, ao flutuarem, deslocarem um volume de água cujo peso seja igual ao peso do próprio objeto. Isso ocorre sempre que a densidade média do objeto (considerando seu interior e eventuais cavidades com ar) for menor ou igual à densidade da água. Por exemplo, um casco de navio é de aço (densidade alta) mas seu formato oco faz sua densidade média baixar, possibilitando o deslocamento de volume suficiente para flutuar.

Resposta

a) Empuxo é a força resultante, vertical e para cima, que um fluido em repouso exerce sobre um corpo imerso, devido à diferença de pressão entre as suas faces inferiores e superiores.
b) O empuxo decorre da variação da pressão com a profundidade ( P = P_{0} + \rho g h). A diferença de pressão gera uma força líquida cuja magnitude é
F_{b} = \rho_{\text{fluido}}\,g\,V_{\text{deslocado}},
isto é, proporcional à densidade do fluido e ao volume de fluido deslocado.
c) Um objeto mais denso que a água flutua quando sua densidade média (incluindo espaços preenchidos por ar, cavidades, etc.) é menor ou igual à da água, garantindo que o peso do fluido deslocado seja suficiente para equilibrar o peso do objeto.

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