“Oasis of the Seas” é o maior navio de cruzeiro do mundo, com uma massa de 100.000 toneladas, mas ainda assim flutua. Os projetistas de navios utilizam o princípio de Arquimedes, que afirma que, para um barco flutuar, ele deve deslocar um volume igual de água mais do que seu próprio peso. Este conceito complexo torna-se mais acessível aos alunos através do uso de demonstrações e experimentos interessantes como os descritos abaixo.
Como tudo começou
Na Grécia antiga, o rei Hiero II encomendou uma coroa para ser feita por um ourives local. Ele duvidou que fosse ouro puro, então deu ao filósofo-cientista Arquimedes a tarefa de descobrir. Arquimedes entrou em um banho quente e viu a água derramar pela lateral enquanto ele afundava na banheira e percebeu que a água deslocada era igual ao volume de seu corpo.
"Eureka!" ele exclamou ao determinar que poderia usar essa técnica de deslocamento para calcular o volume e a densidade da coroa. Seu teste provou que a densidade da coroa era menor do que ouro, portanto, a coroa não era ouro puro.
Bola Versus Casco
Quando questionado por que um cilindro de alumínio afunda, um aluno pode responder incorretamente: “Porque pesa mais”.
Dê aos alunos duas folhas de alumínio de 5 por 5 polegadas. Encontre a massa de ambos. Peça aos alunos para esmagar um quadrado de papel alumínio em uma bola compacta, jogá-lo na água e vê-lo afundar. Experimente o segundo quadrado até encontrar uma maneira de fazer o alumínio flutuar.
Quando o alumínio tem a forma de um barco, ele vai flutuar porque o volume aumentou muito enquanto a massa permaneceu a mesma. O casco do barco é preenchido com ar, aumentando o volume sem adicionar peso significativo. O barco flutuará se a massa do barco for menor do que a água que ele desloca. Com um casco oco, o barco deslocará mais água do que a bola.
Balão de hélio pairando
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A força da gravidade depende da massa do objeto para puxá-lo para baixo através de um fluido. Conforme o objeto começa a afundar, a força flutuante atua para empurrar o objeto para cima. Se a força gravitacional for maior que a força de empuxo, o objeto afundará. Balões de hélio flutuam no ar porque a massa do ar que eles deslocam é maior do que a massa do hélio e do balão.
Amarre uma fita em um balão de hélio e ele flutuará porque a força de empuxo é maior do que a força gravitacional. Aumente a força da gravidade aumentando o peso. Amarre pretzels na fita, aumentando o peso até o balão afundar. Agora mordisque pedacinhos do pretzel até que o balão comece a subir lentamente. Se você conseguir fazer o balão “pairar”, a força gravitacional é igual à força de empuxo.
Experimentos de Arquimedes
Usando o princípio de Arquimedes, os alunos podem determinar se um objeto irá afundar ou flutuar em diferentes fluidos.
Prepare um copo transparente com água morna. Adicione uma uva e ela afundará. Adicione sal ao copo e a uva começa a flutuar. Lembre-se do princípio de Arquimedes: se um objeto pesar mais do que seu próprio volume em fluido, ele afundará. Adicionar sal à água aumentará a massa por unidade de volume até que seja igual ou mais densa que a uva. Nesse momento, a uva vai flutuar.
Você também pode convidar os alunos a terem ideias inteligentes sobre objetos de formatos estranhos que podem ou não flutuar e descrever como eles podem ser usados.