Objetos afundando: peso vs. força flutuante máxima
1 · Prever
Uma chumbada de metal é jogada na água e repousa no fundo, totalmente submersa. Depois de totalmente submerso, torná-lo mais pesado altera o quão submerso ele está?
- Uma chumbada mais pesada submerge ainda mais (acima de 100%).
- Já está totalmente submerso (100%), então mais massa não pode submergir ainda mais.
- Uma chumbada mais pesada submerge menos porque cai mais rápido.
2 · Preparar
- Abra a predefinição fluid-sink e pressione Redefinir. A chumbada cai na água e para no fundo do tanque.
- Habilite a sonda de fração submersa no chumbador.
- Defina a massa da chumbada para cada tentativa, deixe-a assentar e registre sua fração submersa.
3 · Coletar Dados
| Massa chumbada m (kg) | Peso mg (N) | Fração submersa |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Plote a fração submersa (eixo y) em relação ao peso (eixo x) para suas três tentativas.
4 · Analisar
- Calcule o volume total da chumbada a partir de seu raio (0.4 m) e a força de empuxo máxima possível ρ·g·V_full usando a densidade da água 1000 kg/m³. Compare-o com o peso de cada ensaio.
- Explique por que a fração submersa permanece limitada a 1.0 (100%) quando o peso excede a força de empuxo máxima, não importa quão mais pesado o chumbador fique.
5 · Aprofundar
- A força de empuxo máxima deste chumbador é de cerca de 24.6 N - qualquer massa abaixo de 2.5 kg flutuaria em seu lugar. Compare isso com o experimento da flutuação fluida: o que determina se um objeto flutua ou afunda?
- A água do mar é mais densa que a água doce. Será que uma chumbada que submerge totalmente em água doce submergiria necessariamente totalmente na água do mar? Explique usando a fórmula da força de empuxo.
A física por trás deste experimento
Princípio de Arquimedes (no máximo)
A maior força de empuxo que um objeto pode receber é ρ·g·V_full – o peso do fluido que ele deslocaria se estivesse totalmente submerso. Quando o peso de um objeto excede esse limite, ele afunda e permanece totalmente submerso; adicionar mais massa não pode submergi-lo ainda mais porque já desloca todo o seu volume.