Para fluidos ideais e bem comportados, dizemos que a massa específica e a densidade têm o mesmo valor numérico. Por que isso não é válido para sólidos? Como o conceito de densidade é importante para explicar, por exemplo, como um navio de aço flutua na água?

Passo 1

O enunciado pergunta por que, em fluidos ideais, a massa específica \rho = m/V e a densidade verdadeira têm sempre o mesmo valor numérico, mas isso não vale para sólidos, e como o conceito de densidade explica, por exemplo, que um navio de aço flutue na água. O conteúdo envolvido é densidade de materiais e empuxo em fluidos, e vamos precisar das definições de densidade (massa por volume), distinção entre densidade real e densidade aparente em sólidos, e do Princípio de Arquimedes para entender a flutuação.

Passo 2

Em fluidos ideais e homogêneos consideramos que todo infinitésimo de volume está preenchido pela substância, sem poros nem vazios internos. Nesse caso definimos a densidade como
\rho = \frac{m}{V},
onde m é a massa do fluido contida no volume V. Como não há fase sólida nem bolsões de ar, essa razão já é a densidade verdadeira do material e coincide numericamente com a massa específica.

Passo 3

Em sólidos, porém, muitas vezes existe estrutura interna com vazios, poros ou inclusões de ar. Assim surgem duas grandezas distintas: a densidade verdadeira do material (massa do sólido dividido pelo volume efetivo ocupado pelo sólido puro) e a densidade aparente ou massa específica (massa total dividida pelo volume externo, que inclui vazios). Em geral
\rho_{\text{verdadeira}} > \rho_{\text{aparente}},
pois o volume externo é maior ao englobar poros.

Passo 4

Para entender por que um navio de aço flutua, aplicamos o Princípio de Arquimedes: o empuxo é igual ao peso do fluido deslocado. Um casco de aço é oco, então o volume total do navio é grande, mas a massa é somente a do aço (e equipamentos), resultando numa densidade média do navio
\rho_{\text{navio}} = \frac{\text{massa total}}{\text{volume externo}}
que é menor que a densidade da água \rho_{\text{água}}á. Logo, o peso da água deslocada (proporcional a \rho_{\text{água}} V_{\text{imerso}}á) supera o peso do navio, mantendo-o à tona.

Passo 5

Resumindo, em fluidos a massa preenche todo o volume sem vazios, fazendo densidade e massa específica coincidirem. Em sólidos aparecem vazios internos que separam densidade real e aparente. No caso do navio, a densidade média do conjunto casco + ar é inferior à da água, garantindo flutuação pelo empuxo.

Resposta

A diferença surge porque sólidos geralmente têm vazios internos, gerando densidade real (do material sólido) e densidade aparente (massa total sobre volume externo) distintas, enquanto fluidos ideais não têm esses vazios. No navio, o casco de aço retém ar, reduzindo a densidade média do conjunto abaixo da densidade da água, de modo que o empuxo gerado pela água deslocada seja maior que o peso do navio, fazendo-o flutuar.

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