Por que a borracha flutua na água

A ciência da densidade e da flutuabilidade determina se os objetos irão afundar ou flutuar na água. Se a densidade de um objeto for maior que a da água, ele afundará. Por outro lado, se a densidade de um objeto for menor do que a água, ele irá flutuar. No caso da borracha, ela flutua porque sua densidade é bem menor que a da água.

A densidade é uma medida de quanta massa um objeto possui para um determinado volume. A massa é normalmente medida em gramas e o volume em centímetros cúbicos. Quanto mais denso for um objeto, mais ele pesará. Por exemplo, se o objeto A tem uma densidade de 10 e o objeto B tem uma densidade de 100; o objeto B pesará 10 vezes mais que o objeto A.

O princípio de Arquimedes declara que a força de empuxo em um objeto submerso é igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto. Dito de outra forma, se a massa do objeto for menor que a massa da água, para o volume dado, o objeto será forçado para cima à superfície pela força de empuxo. Se a massa do objeto for maior que a massa da água, para o volume dado, o objeto afundará porque a força de empuxo não é forte o suficiente para suportar o objeto.

A flutuabilidade depende de dois fatores: massa e volume. Estes são os mesmos dois fatores que determinam a densidade de um objeto. Para comparar as massas relativas de um objeto e da água, a questão do volume deve ser removida da equação. Isso é feito comparando a densidade do objeto com a densidade da água. A densidade da água, embora varie ligeiramente dependendo da temperatura, é considerada 1 grama por centímetro cúbico. Comparando esta densidade com a densidade de qualquer outro objeto, pode ser determinado se a densidade relativa do objeto é maior ou menor do que a da água. Se for mais alto, ele afundará, e se for mais baixo, ele flutuará.

A densidade da borracha macia é de 0,11 gramas por centímetro cúbico. Se você tivesse um cubo de borracha com lados iguais a 10 centímetros, seu volume seria 1.000 centímetros cúbicos. A massa desse cubo de borracha seria igual à densidade multiplicada por 1.000, ou 110 gramas. Se este cubo de borracha fosse colocado na água, ele deslocaria 1.000 centímetros cúbicos de água. A massa da água deslocada seria igual à sua densidade multiplicada por 1.000, ou 1.000 gramas. O princípio de Arquimedes afirma que a borracha flutuaria porque a força de empuxo da água, equivalente a 1.000 gramas, seria maior do que o peso do cubo de borracha, 110 gramas. Embora isso demonstre a matemática por trás da flutuabilidade da borracha, tudo o que é realmente necessário é simplesmente comparar sua densidade com a da água, pois isso tira o volume completamente da equação. Como a densidade da borracha é menor do que a da água, você sabe que ela flutuará - não importa quanta borracha você mergulhe.