Hidrostática - Ensino de Física
Autor: André Brito | Publicado: 2012-08-07T20:40:00-03:00

Olá colega professores, este material tem como finalidade, a discussão de temas relacionados ao Ensino de Física. Como devemos abordar determinados temas com nossos alunos? Ideias serão bem vindas.

Irei subdividir o tema em questão nos seguintes&nbsp;itens:

1 - Conceito de Pressão;
2- Conceito de Pressão Atmosférica;
3 - Teorema de Stevin;
4 - Teorema de Pascal;
5 - Empuxo.



1 – Pressão



Você já se
imaginou "nadar" em pé? Já que o seu peso continua o mesmo, porque
não conseguimos executar essa proeza?

Considere uma superfície de área A, sobre a qual
se aplica uma força de valor F, perpendicular à superfície e uniformemente
distribuída. A razão entre a força aplicada e a área da superfície designa-se
por pressão:





A
unidade SI (Sistema Internacional) de pressão é o Pascal:





Outras
unidades de medida de pressão são: bar, atmosfera técnica, atmosfera, torr e
psi.



Certamente a área de contato
influencia no “poder de perfuração”. Quando nos deitamos, o aumento da área de
contato com a água, minimiza a pressão sobre a mesma, aumentando assim nossas
chances de flutuação.


Mais alguns exemplos:


Acidentes de motos costumam ser graves quando o motociclista atinge alguma parte vital do seu corpo, como
cabeça ou &nbsp;costas num meio fio.








A pressão exercida nesses casos no
corpo da vítima é enorme, causando ferimentos gravíssimos. Pilotos de competição usam protetores de coluna e capacete de qualidade!








Uma técnica bastante comum entre
as pessoas que costumam frequentar as praias com seus carros é a redução da
calibragem dos pneus, o objetivo é aumentar a área de contato com a areia,
minimizando, portanto a pressão. Dessa forma, o pneu não atola.












2 – Pressão Atmosférica



Imagine um recipiente contendo um
gás, o movimento caótico de suas moléculas produz choques entre as mesmas e as
paredes do recipiente. Sendo assim, teremos forças sendo aplicadas.

Lembrando a equação de Clapeyron
para os Gases Ideais:


Pr. Vol = n. R.T 


Sendo:


Pr – pressão exercida pelo gás, 

Vol – volume do recipiente, 

n – número de mols, 

R – constante dos gases
perfeitos, 

T – temperatura em Kelvin.







Analisando a expressão,
percebemos que um aumento de temperatura ou do número de mols, resulta em um
aumento da pressão. No primeiro caso, a variação de temperatura, faz com que a
velocidade média das moléculas que constituem o gás se torne maior, aumentando
assim a intensidade do choque e em última instância, o aumento da pressão. O
aumento no número de mols acarreta um aumento do número de choques por unidade
de área, fazendo com que a pressão aumente.



Física no dia a dia

1 - Futebol&nbsp;nas alturas


A seleção brasileira de futebol tem
dificuldade de jogar em La Paz, na Bolívia, devido a grande altitude os jogadores
sentem dificuldade em&nbsp;respirar.





Qual a explicação para isso:


A grande altitude o ar está mais rarefeito,
lembre-se que os “menos densos” sobem. 


O número de mols por unidade de
volume é menor, acarretando uma menor pressão atmosférica.


No Everest, ponto mais
alto do planeta, a mais de 8000 metros, a pressão é menor que 1/3 de uma
atmosfera. Nessa altitude, só com máscara de oxigênio. Os animais que vivem nas
altas montanhas têm coração e pulmão maiores que o normal dos outros bichos. A
vicunha, por exemplo, que vive nos Andes, tem 3 vezes mais glóbulos vermelhos
por milímetro cúbico de sangue que um homem do litoral.








fonte:&nbsp;http://www.searadaciencia.ufc.br/tintim/fisica/pressao/tintim5-4.htm





&nbsp;O que aconteceria a um astronauta caso ele fosse exposto ao vácuo sem suas roupas pressurizadas?&nbsp;
&nbsp;Por&nbsp;Craig Freudenrich, Ph.D.













O espaço
sideral é um lugar extremamente hostil. Se você fosse sair de uma espaçonave
como a&nbsp;Estação
Espacial Internacional&nbsp;ou em um mundo com pouca ou nenhuma
atmosfera, como a Lua ou&nbsp;Marte,
e não estivesse usando um traje espacial, algumas coisas aconteceriam:

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->Você ficaria inconsciente em 15 segundos devido à
falta de oxigênio.

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->Seu&nbsp;sangue&nbsp;e fluidos
corporais entrariam em "ebulição" e congelariam, pois há pouca ou
nenhuma pressão do ar.

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->Seus tecidos (pele,&nbsp;coração&nbsp;e outros
órgãos internos) expandiriam devido aos fluidos em ebulição.

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->Você enfrentaria alterações extremas na
temperatura:

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->luz solar:
120ºC

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->sombra: -100°C

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->Você seria exposto a vários tipos de&nbsp;radiação,
como&nbsp;raios
cósmicos e partículas carregadas emitidas do sol (vento solar).

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->Você poderia ser atingido por pequenas partículas
de pó ou rocha que se movem em altas velocidades (micrometeoróides) ou detritos de&nbsp;satélites&nbsp;ou
espaçonaves em órbita.

 

  

  <!--[if !supportLineBreakNewLine]-->
  <!--[endif]-->

 


Então, para lhe proteger desses
perigos, um traje espacial deve:

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->possuir uma atmosfera pressurizada

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->fornecer oxigênio

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->remover o dióxido de carbono

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->manter uma temperatura confortável, não importando
o trabalho árduo ou movimento para dentro e fora de áreas iluminadas pelo sol

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->protegê-lo de micrometeoros

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->protegê-lo da radiação até certo grau

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->permitir que enxergue claramente

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->permitir que você mova seu corpo facilmente dentro
do traje espacial

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->permitir que você fale com outros (controladores
terrestres, outros astronautas)

<!--[if !supportLists]-->·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->permitir que você se mova ao redor da parte externa
da espaçonave



&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;fonte:&nbsp;http://ciencia.hsw.uol.com.br/trajes-espaciais.htm




2 - Despressurização de um avião:


A pressurização de um avião
consiste em tornar a pressão interna do avião aproximadamente igual a pressão
atmosférica ao nível do mar. Assim, a tripulação e os passageiros não terão
dificuldades em respirar. Como sabemos a pressão diminui com a altitude, a
pressão externa é bastante reduzida. Em caso de vazamento, ocorrerá um fluxo de
ar para fora do avião devido a diferença de pressão. A máscara de oxigênio é
liberada e o piloto deve diminuir a altitude o mais rápido possível.













Continua:&nbsp;http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&amp;v=seVuIsCrTCQ&amp;NR=1&nbsp;

&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;http://www.youtube.com/watch?feature=fvwp&amp;NR=1&amp;v=JJgZBPgG2lw

&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;http://www.youtube.com/watch?v=z8AckRfA0wY&amp;feature=relmfu




3 - Uso do canudinho


Ao tomar aquele suco
refrescante já se perguntou como o líquido sobe pelo canudinho? A diferença de
pressão explica tudo.&nbsp;

















Mas qual a relação de pressão atmosférica com
tomar suco no canudinho? Se você não sugar pelo canudo o líquido continuará
dentro do copo, ou seja, a pressão dentro e fora (pressão atmosférica) é a
mesma.&nbsp;

O volume de líquido dentro e fora do canudo é o
mesmo.&nbsp;

O líquido só sobe pelo canudo se modificarmos a
pressão em seu interior, como se faz isso? É só sugar!&nbsp;
Quando fazemos isso, a pressão fora do canudinho
continua a mesma, mas a pressão dentro do canudo diminui.&nbsp;

Conclusão&nbsp;

O líquido sobe pela diferença de pressão: a
pressão fora do canudo é maior que dentro do canudo, empurrando o líquido pra
cima.&nbsp;
&nbsp;


fonte:&nbsp;http://educador.brasilescola.com/estrategias-ensino/pressao-atmosferica-experimento-canudinho.htm




Quando usamos uma lata de azeite fazemos dois furinhos. Explique o por
quê deste procedimento?





A medida que o azeite flui, a pressão interna de recipiente
que contem o azeite diminui, a pressão atmosférica equilibra a pressão gerada
pelo peso da coluna de azeite e o fluxo cessa. Se fizermos mais um furo, ocorrerá&nbsp;entrada de ar no&nbsp;recipiente, a
pressão atmosférica passa a atuar de fora para dentro e vice-versa. Dessa
forma, devido ao peso da coluna de azeite, o fluxo é retomado.


Medida&nbsp;da pressão atmosférica:








O&nbsp;barômetro de mercúrio, inventado por
Torricelli em 1643. Consiste de um tubo de vidro com quase 1 m de comprimento,
fechado numa extremidade e aberto noutra, e preenchido com mercúrio (Hg). A
extremidade aberta do tubo é invertida num pequeno recipiente aberto com
mercúrio. A coluna de mercúrio desce para dentro do recipiente até que a
pressão da coluna de mercúrio se iguale a pressão atmosférica. A pressão
atmosférica média no nível do mar mede 760 mm Hg. Ou seja, a pressão
atmosférica ao nível do mar é equivalente a pressão exercida por uma coluna de
mercúrio com 760 mm de altura.



&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; Torricelli

Teorema de Stevin


"A diferença entre as pressões de dois pontos de um fluido em equilíbrio é igual ao produto entre a densidade do fluido, a aceleração da gravidade e a diferença entre as profundidades dos pontos."





Dessa expressão, podemos concluir que dois pontos de um mesmo fluido, estando a uma mesma profundidade, estarão submetidos a uma mesma pressão.&nbsp;

Algumas aplicações desse teorema são aplicadas no nosso dia a dia.

1- Superfícies Niveladas


Como todos os pontos da superfície da piscina estão submetidos a pressão atmosférica, pode se dizer que todos os pontos da mesma estão nivelados. Nota: Desprezando a Tensão Superficial.&nbsp;

Para saber mais sobre Tensão Superficial acesse:&nbsp;http://www.spq.pt/boletim/docs/BoletimSPQ_093_043_09.pdf










Nivelando com mangueira de nível







http://www.fazfacil.com.br/reforma_construcao/nivel.html




O que fazer:&nbsp;Pegue a mangueira, unindo suas pontas e deixando o resto no chão.








O que fazer:&nbsp;Leve a mangueira a uma torneira e encha com água, até faltar 20cm para transbordar.










O que fazer:&nbsp;&nbsp;Em seguida, estique suavemente a mangueira com as pontas para cima, até não tocar mais no chão.










O que fazer:&nbsp;Espere que todas as bolhas de ar que estiverem dentro da mangueira saiam. Isso é muito importante, pois as bolhas atrapalham na medição. Com isso realizado, já temos pronto nosso instrumento de nível.














O que fazer:&nbsp;Escolha o primeiro ponto com o lápis de pedreiro (A). Ali colocamos a marca da água, riscando a parede.










O que fazer:&nbsp;Com cuidado, leve a outra ponta da mangueira para o lugar que deseja&nbsp; igualar... onde deverá ser marcado o outro ponto (B). Espere a água subir e desça na mangueira, até se estabilizar e aí, com o lápis de pedreiro, marque o ponto (B) nivelado com (A).








O que fazer:&nbsp;Repita o procedimento para certificar-se de que o nível esteja correto.












fonte:&nbsp;http://www.cec.com.br/dicas-construcao-tirando-o-nivel-com-uma-mangueira?id=209




2 - A Física e o Mergulho



É comum o uso do snorkel, dispositivo usado para que o mergulhador possa nadar com o rosto dentro d`água. Talvez você já tenha se imaginado, quando criança, no fundo de uma piscina com um "canudinho" enorme levando o ar da superfície até os seus pulmões. Isso nos leva à refletir: porque não se produz um snorkel com o tubo para respiração mais comprido? Assim teríamos a capacidade de mergulhar mais alguns metros.









A diferença de pressão produzida por um ser humano é da ordem de 0,1 atm. Como a pressão atmosférica vale 1 atm ao nível do mar, nossa pressão interna poderá ser reduzida para 0,9 atm.&nbsp;

Agora, se mergulharmos a 1 m de profundidade, a pressão externa subirá para 1,1 atm e nossa pressão interna será de 1 atm. Dessa forma, o ar na superfície não será exposto a nenhuma variação de pressão já que a pressão interna da pessoa se igualou a pressão atmosférica na superfície d`água.



2 - Instalações Hidráulicas










Veja a instalação hidráulica dessa casa, será que precisaríamos de uma bomba para elevar a água pela tubulação do chuveiro?&nbsp;

A resposta é não. Como a pressão na caixa d`água é a mesma do chuveiro (pressão atmosférica), a água&nbsp;naturalmente&nbsp;tende a se nivelar.




Teorema de Pascal



Ao chegar num posto de gasolina ou numa oficina mecânica para efetuar a troca de óleo no seu carro é comum o uso dos elevadores hidráulicos, de tão rotineiro, as pessoas nem percebem a tecnologia envolvida nesse processo. Outra situação que é bem simples porém intrigante: como um simples toque no pedal de freio, produz uma força que é capaz de levar um carro rapidamente ao repouso?


Essas tecnologias foram desenvolvidas com base no teorema de Pascal que diz:

"O acréscimo de pressão
exercida num ponto em um líquido ideal em equilíbrio se transmite integralmente
a todos os pontos desse líquido e às paredes do recipiente que o contém."




Pelo teorema de Stevin
sabemos que:









Então,
considerando dois pontos,&nbsp;A&nbsp;e&nbsp;B:







Ao aplicarmos
uma força qualquer, as pressões no ponto&nbsp;A&nbsp;e&nbsp;B&nbsp;sofrerão um acréscimo:













Se o líquido em
questão for ideal, ele não sofrerá compressão, então a distância&nbsp;h,
será a mesma após a aplicação da força.

Assim:







Os elevadores hidráulicos são constituídos basicamente por
dois cilindros, de diâmetros diferentes, interligados entre si e contendo,
dentro, um líquido aprisionado por dois êmbolos móveis.





Se aplicarmos uma força de
intensidade F1 no êmbolo de área&nbsp;A1, exerceremos um acréscimo de
pressão sobre o líquido dado por:





Pelo Teorema de Pascal, esse&nbsp;acréscimo&nbsp;de pressão será transmitido integralmente para todos os pontos do fluido e para as paredes do recipiente incluindo o êmbolo de A2





igualando as variações de pressão teremos:









Sendo a área 2 (S2) maior que a área 1 (S1), teremos F`maior que F.

Os sistemas hidráulicos são multiplicadores de força!!!

fonte das imagens:&nbsp;http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/EstaticaeHidrostatica/teoremadepascal.php


&nbsp;Sistema de Freios Automotivos







Ao acionar o pedal do freio, a motorista gera um acréscimo de pressão no pistão menor, esse acréscimo de pressão é transmitido ao fluido de freio até atingir o pistão maior. As sapatas são pressionadas contra o tambor fazendo a roda perder velocidade.



Homem de Ferro



Hoje, existe os exoesqueletos, dispositivos usados para ampliar as forças do ser humano, o seu uso pode ser para salvar vidas. Imagine uma pessoa presa aos escombros de um acidente de carro ou no casso de desmoronamento, rapidamente esse indivíduo poderia ser resgatado com o uso desses trajes. É mais fácil, no entanto, imaginá-los no futuro em militares, a criação de super soldados é do interesse de vários países.














O traje abaixo é feito de uma combinação
de estruturas, sensores e controles movidos a pressão hidráulica. Com ele, uma
pessoa pode realizar tarefas que exijam muita força, mas também tem controle e
delicadeza o suficiente para outras funções. Por exemplo, o exoesqueleto
permite tanto erguer 90 quilos centenas de vezes, como também possibilita que o
usuário chute uma bola de futebol ou suba escadas com facilidade.










&nbsp;O levantamento repetitivo de pesos,
por exemplo, pode levar a machucados – especialmente problemas ortopédicos. Se
um soldado conta com o XOS 2, além de estar mais seguro contra lesões, ele
ainda faz o trabalho de forma muito mais rápida.






Um traje de exoesqueleto pode fazer o trabalho de dois ou três soldados, o que possibilita o remanejamento de mão de obra para funções mais estratégicas, menos físicas.








Vídeo demonstrativo do exoesqueleto.







&nbsp;Uma empresa japonesa apresentou em um evento espetacular em Tóquio uma espécie
de roupa robótica cujo objetivo é facilitar os movimentos de idosos e de
deficientes físicos. Esse seria um sucesso total entre os pedreiros,
carregadores e pessoas que precisam utilizar força pra viver. Imagina um
pedreiro que pega balde de cimento e fica cansado, levantando uma caixa d’agua
de cimento sorrindo?




fonte:&nbsp;http://diatensonao.blogspot.com.br/


Empuxo



O Empuxo é a resultante das forças
que um dado fluido exerce sobre um corpo devido a diferença de pressão sobre o
mesmo.

O balão é um exemplo que o ar, por
ser um fluido produz essa força de sustentação denominada Empuxo.

Nós, seres humanos, percebemos com
maior facilidade o Empuxo quando estamos mergulhados em água, devido a grande
densidade da água, poucos centímetros abaixo da superfície, já produz uma
diferença de pressão capaz de manter uma pessoa flutuando.

Matematicamente o Empuxo é dado pela
seguinte expressão matemática:
<!--[if gte msEquation 12]><i style='mso-bidi-font-style:
  normal'><span style='font-size:16.0pt;line-height:115%;font-family:"Cambria Math","serif";
  mso-fareast-font-family:Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;
  mso-bidi-font-family:"Times New Roman";mso-bidi-theme-font:minor-bidi;
  mso-ansi-language:PT-BR;mso-fareast-language:EN-US;mso-bidi-language:AR-SA'>E=
   <span style='font-size:16.0pt;mso-ansi-font-size:
    16.0pt;mso-bidi-font-size:16.0pt;font-family:"Cambria Math","serif";
    mso-ascii-font-family:"Cambria Math";mso-hansi-font-family:"Cambria Math";
    font-style:italic;mso-bidi-font-style:normal'><i
    style='mso-bidi-font-style:normal'><span style='font-size:16.0pt;
    line-height:115%;font-family:"Cambria Math","serif";mso-fareast-font-family:
    Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-bidi-font-family:"Times New Roman";
    mso-bidi-theme-font:minor-bidi;mso-ansi-language:PT-BR;mso-fareast-language:
    EN-US;mso-bidi-language:AR-SA'>d<i
    style='mso-bidi-font-style:normal'><span style='font-size:16.0pt;
    line-height:115%;font-family:"Cambria Math","serif";mso-fareast-font-family:
    Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-bidi-font-family:"Times New Roman";
    mso-bidi-theme-font:minor-bidi;mso-ansi-language:PT-BR;mso-fareast-language:
    EN-US;mso-bidi-language:AR-SA'>fluido<i
  style='mso-bidi-font-style:normal'><span style='font-size:16.0pt;line-height:
  115%;font-family:"Cambria Math","serif";mso-fareast-font-family:Calibri;
  mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-bidi-font-family:"Times New Roman";
  mso-bidi-theme-font:minor-bidi;mso-ansi-language:PT-BR;mso-fareast-language:
  EN-US;mso-bidi-language:AR-SA'>× <span
    style='font-size:16.0pt;mso-ansi-font-size:16.0pt;mso-bidi-font-size:16.0pt;
    font-family:"Cambria Math","serif";mso-ascii-font-family:"Cambria Math";
    mso-hansi-font-family:"Cambria Math";font-style:italic;mso-bidi-font-style:
    normal'><i style='mso-bidi-font-style:
    normal'><span style='font-size:16.0pt;line-height:115%;font-family:"Cambria Math","serif";
    mso-fareast-font-family:Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;
    mso-bidi-font-family:"Times New Roman";mso-bidi-theme-font:minor-bidi;
    mso-ansi-language:PT-BR;mso-fareast-language:EN-US;mso-bidi-language:AR-SA'>Vol<i
    style='mso-bidi-font-style:normal'><span style='font-size:16.0pt;
    line-height:115%;font-family:"Cambria Math","serif";mso-fareast-font-family:
    Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-bidi-font-family:"Times New Roman";
    mso-bidi-theme-font:minor-bidi;mso-ansi-language:PT-BR;mso-fareast-language:
    EN-US;mso-bidi-language:AR-SA'>submerso<i
  style='mso-bidi-font-style:normal'><span style='font-size:16.0pt;line-height:
  115%;font-family:"Cambria Math","serif";mso-fareast-font-family:Calibri;
  mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-bidi-font-family:"Times New Roman";
  mso-bidi-theme-font:minor-bidi;mso-ansi-language:PT-BR;mso-fareast-language:
  EN-US;mso-bidi-language:AR-SA'> ×g<![endif]--><!--[if !msEquation]-->





Balonismo


No balão, uma vez que este esteja cheio, o empuxo não será alterado. Para que o balão suba, deve-se portanto reduzir o peso do mesmo. Isso é feito aquecendo o ar em seu interior.&nbsp;

Sendo d = m/vol, percebe-se que o ar aquecido possui menor massa por ser menos denso. Diminuindo a massa, reduz-se o peso e o balão sobe.






Submarinos





Um submarino pode
flutuar porque o Empuxo é igual, em módulo, ao peso da embarcação. Ao contrário
do navio, o submarino pode controlar a sua flutuação, podendo assim afundar e
emergir conforme necessário.

Para controlar a flutuação, o submarino possui&nbsp;tanques de lastro&nbsp;e auxiliares,
ou tanques de balanceamento, que
podem, alternadamente, serem enchidos com água ou ar. Quando o submarino está
na superfície, os tanques de lastro estão cheios de ar, dessa forma o Empuxo se
iguala ao peso do submarino. Uma vez que os tanques de lastro são preenchidos
com água, o peso total do submarino se torna maior que o empuxo e o submarino
começa a afundar. Um suprimento de ar comprimido é mantido em tanques a bordo
do submarino, para prover as condições de vida e para a utilização nos tanques
de lastro. Adicionalmente, o submarino possui um conjunto móvel de curtas
"asas" chamadas&nbsp;hidroplanos&nbsp;na
popa (parte de trás), que ajudam a controlar o ângulo de mergulho. Os
hidroplanos são posicionados de forma a permitir que a água se mova sob a popa,
fazendo-a mover-se para cima. Dessa maneira, o submarino desloca-se para baixo.

Para nivelar-se a uma certa profundidade, o submarino mantém o
equilíbrio entre água e ar nos tanques, igualando novamente o empuxo a força
peso. Quando o submarino atinge sua profundidade de navegação, os hidroplanos
são regulados de maneira que o submarino viaje num nível através da água. A
água também é forçada entre os tanques de balanceamento da proa e da popa para
manter o sub-nível. O submarino pode se mover na água usando o leme da cauda
para virar a estibordo (direita) ou a bombordo (esquerda); e os hidroplanos
para controlar o ângulo de proa à popa. Alguns submarinos são equipados com um&nbsp;motor de propulsão secundário&nbsp;retrátil,
que pode girar sobre um eixo de 360 graus.

Quando o submarino vem à superfície, o ar comprimido flui dos tanques de
ar para os tanques de lastro e a água é forçada a sair, até que sua densidade
total seja menor que a da água a sua volta (flutuação positiva). Isso faz o submarino emergir. Os hidroplanos são posicionados de forma que a água se mova sobre a popa, forçando-a
para baixo; assim o submarino é angulado para cima. Numa emergência, os tanques
de lastro podem ser enchidos rapidamente com ar de alta pressão para fazer com
que o submarino vá rapidamente para a superfície.

http://ciencia.hsw.uol.com.br/submarinos1.htm








A estabilidade dos navios.





A estabilidade do navio depende
também do ponto de aplicação dessas forças. A força peso é aplicada no centro
de gravidade&nbsp;(CG), que é fixo e o empuxo é aplicado no centro de
empuxo&nbsp;(CE), que é variável.

O centro de gravidade do
corpo localiza-se no centro de aplicação do seu peso. Quando a distribuição de
massa de um objeto é homogênea, o seu centro de gravidade coincide com o seu
centro de massa. Se o corpo não é homogêneo ou tem forma irregular, seu centro
de gravidade não coincide com o seu centro de massa.

Já o centro de empuxo&nbsp;CE&nbsp;está
localizado no centro de gravidade do líquido deslocado pelo corpo.

A posição do centro de
gravidade&nbsp;CG, então não se altera em relação ao corpo. Já o centro
de empuxo do navio&nbsp;CE&nbsp;muda de acordo com a forma do volume do
líquido deslocado, já que está localizado no centro de gravidade do líquido
deslocado.












O navio é projetado para em
caso de oscilações laterais, retornar a posição inicial. Para isso seu cento de
gravidade fica abaixo do centro de empuxo. * A casa de máquinas de um navio se encontra
na parte inferior do mesmo. O torque resultante das forças empuxo e peso faz
com que o navio volte à posição inicial.

O&nbsp;CG&nbsp;no
caso de uma embarcação, não pode coincidir com o&nbsp;CE, pois quando o&nbsp;CG&nbsp;coincide
com o&nbsp;CE, o corpo imerso fica em equilíbrio indiferente, ou seja,
se qualquer perturbação fizer o corpo se mover lateralmente, ele não retorna a
posição de equilíbrio.










Veja na figura acima que o&nbsp;CE&nbsp;muda
de posição quando o barco se movimenta, o que altera a situação de equilíbrio.
Essa mudança depende da forma do casco, já que o&nbsp;CE&nbsp;está
localizado no centro de gravidade do líquido deslocado.
Para obter-se maior estabilidade possível, a
distribuição de cargas no interior do navio é feita de tal modo que o centro de
gravidade se situa o mais próximo possível do fundo do navio





fonte:&nbsp;http://www.if.ufrgs.br/mpef/mef004/20021/Angelisa/porqueonavioflutua.html