Como as diferenças na pressão do fluido criam flutuabilidade?

Todos os líquidos são fluidos, mas, curiosamente, nem todos os fluidos são líquidos. Qualquer coisa que possa fluir - como um gás - é um fluido e pode criar força de empuxo. A flutuabilidade é causada quando as áreas de maior pressão abaixo de um objeto exercem força para cima em direção às áreas de menor pressão. A quantidade de força de empuxo que um fluido exerce, entretanto, é determinada pelo volume do objeto e de acordo com o princípio de Arquimedes.

Antes que você possa entender como as diferenças na pressão do fluido podem afetar a flutuabilidade, você precisa primeiro entender como a pressão se comporta nos fluidos. O princípio de Pascal afirma que quando a pressão é alterada em qualquer local dentro de um sistema fechado, essa mudança de pressão será sentida igualmente em todos os pontos desse sistema e em todas as direções. Este princípio é o que permite o funcionamento dos sistemas hidráulicos. Ele também determina que, em um corpo de fluido onde não há nenhum fator adicional que afete a pressão, a pressão permanecerá constante e uniforme. Na Terra, entretanto, geralmente há pelo menos uma outra força que causa uma variação na pressão de um fluido, e essa força é a gravidade.

A gravidade puxa para baixo tudo que tem massa. Portanto, quando a gravidade puxa para baixo em um corpo de fluido, o peso do fluido nas partes superiores do corpo empilhar o fluido nas partes inferiores, criando um grau de pressão crescente conforme você se move para baixo dentro desse fluido. Por exemplo, se você mergulhar fundo em um lago, sentirá uma pressão cada vez maior nos ouvidos - e talvez até mesmo no corpo - quanto mais fundo você mergulha. Se você parar de nadar para baixo, a pressão mais alta abaixo o empurrará de volta para a área de pressão mais baixa. Desse modo, a gravidade criou uma dinâmica de pressão que determina que sempre haverá maior pressão abaixo de um objeto submerso do que acima dele.

O filósofo e matemático grego Arquimedes levou esse entendimento de pressão um passo adiante e fez sentido de por que um fluido aplica uma certa quantidade de força para cima a um objeto e faz com que ele suba e flutue ou permite que ele afundar. Ele determinou que a força para cima era igual ao peso da água deslocada pelo objeto submerso. Por exemplo, a água pesa um grama por centímetro cúbico. Se você submergir uma bola com um volume de 25 centímetros cúbicos, terá deslocado 25 gramas de água. Portanto, a força de empuxo resultante na bola será de 25 Newtons (Newtons são unidades que medem a força). Essa força de empuxo é sempre baseada na massa da água deslocada, no entanto, e não na massa do objeto.

A densidade é, em última análise, o fator que determina se um objeto irá flutuar, afundar ou permanecer com flutuabilidade neutra em um fluido. Por exemplo, se aquela bola de 25 centímetros cúbicos for oca e cheia de ar, ela será mais leve do que os 25 gramas de água que deslocou e flutuará. Se a bola for feita de um material mais denso, como o ferro, ela pode ser muito mais pesada e afundar rapidamente no fundo do corpo d'água. Se você submergir uma bola que pesa exatamente 25 gramas, a força de empuxo não a levará à superfície, mas simplesmente a impedirá de afundar. Esta bola permanecerá flutuando de forma neutra no corpo do fluido até que uma força externa atue sobre ela.