Sabendo que o ferro possui densidade maior do que a da água, como é possível que um barco ou mesmo um grande navio feito de chapas de aço (liga de ferro) flutue?
Passo 1
O enunciado pergunta por que um barco ou navio feito de chapas de aço (liga de ferro), cuja densidade é maior que a da água, consegue flutuar. O conteúdo necessário aqui é o Princípio de Arquimedes (empuxo) e o conceito de densidade média de um corpo oco.
Passo 2
Segundo o Princípio de Arquimedes, um corpo imerso em um fluido sofre uma força de empuxo igual ao peso do fluido que ele desloca. Em notação:
onde
é a densidade da água,
é o volume de água deslocado e
é a aceleração da gravidade.
Passo 3
Para que o navio fique em equilíbrio estático na superfície (flutue), o empuxo deve igualar o peso do navio:
Passo 4
Embora o aço seja muito denso, o casco do navio é oco e abriga ar, o que faz o volume total externo
ficar bem maior que o volume de aço utilizado. Definimos a densidade média do navio como
Como a parte oca (ar) aumenta
sem adicionar massa significativa, obtemos
Assim, a densidade média do navio fica menor que a da água, garantindo que o empuxo o sustente.
Resposta
O navio flutua porque o casco oco desloca um volume de água cujo peso iguala o peso do navio, tornando a densidade média (massa total dividida pelo volume externo) inferior à da água e gerando empuxo suficiente para mantê-lo à tona.