Por que os barcos nao afundam

Rex e Diná, depois de um passeio de barco, ficaram curiosos em saber como uma embarcação, carregando o peso de dois dinossauros, desliza sobre a água sem afundar. A resposta foi dada por Zíper na forma de uma experiência. Se você quiser descobrir por que alguns objetos bóiam e outros afundam, pode fazer o mesmo que nossos mascotes, usando um balde (ou bacia) grande cheio d’água, duas bolinhas de gude e uma bola grande, cerca de duas vezes maior que uma bola de gude, feita de massinha de modelar.

Jogue as bolas de gude na água e veja como rapidamente elas afundam. Em seguida, faça o mesmo com a bola grande de massinha e repare que ela também vai afundar.

Agora, retire todas as bolas da água e modele a massinha para que ela fique parecida com um barco.

Coloque o barco de massinha na água e veja que ele bóia!

Coloque dentro do barco de massinha as bolinhas de gude. Note que o barco afunda um pouco, mas ainda bóia.

Trocando em miúdos…

A bola de gude (e também a de massinha) afunda porque é mais pesada do que a quantidade de água que teria no espaço que ela ocupa. Já o barco de massinha bóia porque é mais leve do que a quantidade de água deslocada por ele.

2) Porque ele encontra-se em equilíbrio, parcialmente imerso e sujeito a ação de duas forças de mesmo módulo e contrárias, o peso P e o empuxo E, exercido pela água.

Mas a estabilidade do navio não depende só disso. Depende também do ponto de aplicação dessas forças. A força peso é aplicada no centro de gravidade (CG), que é fixo e o empuxo é aplicado no centro de empuxo (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. É possível localizar o CG do corpo pendurando-o livremente. O CG do corpo fica no ponto de cruzamento das verticais que passam pelo ponto de sustentação.

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

A posição do centro de gravidade CG, então não se altera em relação ao corpo. Já o centro de empuxo do navio CE 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 centro de gravidade CG fica abaixo do centro de empuxo CE, como mostra a figura ao lado, de modo que temos uma situação de equilíbrio estável. O momento das forças

é que faz com que o navio volte à posição inicial.

O CG no caso de uma embarcação, não pode coincidir com o CE, pois quando o CG coincide com o 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 ao lado que o CE 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 CE 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.

Saiba mais:

Como a água do mar tem densidade maior, o empuxo exercido sobre um navio é maior quando ele está no mar, já que o empuxo exercido depende da densidade do líquido.
Para ter uma idéia, a densidade da água doce é 1 x 103 kg/m3 e a densidade da água do mar é em média 1,03 x 103 kg/m3. Assim, uma embarcação utiliza 3% a mais de lastro em água salgada.
O lastro está relacionado ao CG que deve ficar abaixo do CE. Para aumentar o lastro em um barco à vela, são adicionados pesos no barco.

Veja a experiência da casca de ovo.

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Outro dia, o Marcos Emílio, “um menino de 36 anos”, como ele mesmo disse, nos perguntou o seguinte: mesmo com aquele peso todo, por que o navio não afunda? Então fomos conversar com o Dr. Domingos Soares, que durante muitos anos foi professor do curso de Física da UFMG. Entre os experimentos de Arquimedes e diferenças entre forças, ele falou sobre o conceito de “empuxo”. Sabe como funciona? Veja o que ele disse:

“Vamos fazer uma experiência. Pegue uma garrafinha vazia de água mineral, ou qualquer garrafinha de plástico, tampe-a e coloque-a num balde cheio de água. Você verá que a garrafinha flutuará sobre a água. Se você olhar bem, verificará que ela afunda um pouquinho de nada. Agora, encha a garrafinha até a metade com areia. Tampe-a novamente e coloque-a no balde. Desta vez você verá que a garrafinha flutua na água mas, para isso, será necessário que ela afunde bem mais do que quando estava vazia. O mesmo ocorre com o navio. Para que ele flutue é necessário que ele afunde um pouco.

Quando um corpo é colocado na água ele desloca essa água para o fundo e para os lados. A água deslocada exerce uma força sobre o corpo, empurrando-o para cima: ela tenta, desta forma, voltar ao lugar que ocupava.

é esta força que impede que o navio afunde. Mas para isso, ele precisa afundar o suficiente para que a força da água deslocada permita que ele flutue. Você pode verificar, na experiência da garrafinha, que se enchê-la totalmente de areia ela não flutuará. A força da água deslocada não será suficiente para mantê-la flutuando. é por isto que a carga de um navio não pode ser muito grande.

A primeira pessoa que respondeu de maneira correta a esta pergunta sobre o navio foi o matemático grego Arquimedes. Ele viveu no século III a.C. em Siracusa, na Sicília, localizada atualmente na Itália, mas que na época era uma colônia grega. Ele foi o maior matemático da antiguidade e exercia muitas outras atividades também. Entre elas estava a curiosidade a respeito dos fenômenos da natureza.”

Ilustração: Leonardo Barros