3ª Lei de Newton ou Lei da Ação-Reação Ciências Físico-químicas 9º ano de escolaridade

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Pressão e Impulsão

Forças de pressão

Unidade 1 – EM TRÂNSITO

Ciências Físico-químicas - 9º ano de escolaridade

Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares

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O que magoa mais:

A pisadela de um elefante? A pisadela de um sapato de salto alto?

Qual a diferença?

Por que razão quando caminhas na areia da praia deixas marcas na areia?

• Unidade 1 – EM TRÂNSITO

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Será que o efeito de uma força que atua sobre uma superfície depende também da área dessa superfície?

A diferença está na superfície em que te apoias; a superfície de apoio dos esquis é bem maior do que a dos sapatos e a pressão que se exerce na neve é bem menor.

O que é a pressão?

É uma grandeza física escalar (P) que depende da intensidade da força (F) exercida e da área de superfície (A) onde essa força atua.

Unidade SI:

É o pascal, Pa, que corresponde ao newton por metro quadrado.

A

F

P

m

N

Pa



₁

2

1

• Unidade 1 – EM TRÂNSITO

4

A mesma força distribuída por superfícies de contato de áreas diferentes, produz pressões diferentes.

A marca deixada na areia pelo tijolo é mais profunda, quando a área da superfície é menor.

Apesar da área de superfície de apoio ser igual, a marca deixada na areia pelos dois tijolos sobrepostos é mais profunda, do que a marca deixada por um só tijolo.

A pressão exercida pelo tijolo (peso do tijolo) na areia é tanto maior quanto menor for a área de superfície de contato.

A pressão exercida na areia é tanto maior quanto maior for a força exercida nos tijolos.

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5

Em suma…

A pressão é:

- tanto maior quanto menor for a área de superfície de contato; - tanto maior quanto maior for a força exercida na superfície de contato.

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O que magoa mais:

A pisadela de um elefante? A pisadela de um sapato de salto alto?

Qual a diferença?

Por que razão quando caminhas na areia da praia deixas marcas na areia?

• Unidade 1 – EM TRÂNSITO

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Funcionamento dos cintos de segurança e dos capacetes dos motociclistas

•Os cintos de segurança e os capacetes permitem distribuir a intensidade da força de colisão por uma superfície maior, fazendo com que o seu efeito seja menor e as consequências da colisão não sejam tão graves.

• O papel dos cintos de segurança e dos capacetes dos motociclistas é, diminuir a pressão exercida sobre o corpo do passageiro, através da distribuição da força de impato por uma área da superfície de contato maior

Os cintos de segurança e os capacetes dos motociclistas diminuem a pressão exercida pelas forças de impato sobre os passageiros.

Pressão e Impulsão

Impulsão

Unidade 1 – EM TRÂNSITO

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

Porque é que uma pessoa flutua mais facilmente

na água do mar do que na água doce de uma

piscina?



Por que é que um navio, que pesa muitas

toneladas, flutua e uma pequena esfera metálica

não flutua?



Porque flutuam no ar, os balões de ar quente?



Como funcionam os submarinos?

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A Impulsão e a Lei de Arquimedes

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A Impulsão e a Lei de Arquimedes Como se explica a flutuação de um corpo?

Qualquer corpo dentro de água parece mais leve

Qualquer corpo mergulhado num fluído (líquido ou gás) fica sujeito a uma força vertical, de

baixo para cima, exercida por esse fluído.

Esta força designa-se por impulsão, ( ).



_I

Impulsão: força que tem direção do peso mas sentido contrário a este, e que resulta da

interação do corpo com um fluído onde este estiver contido. A impulsão nos líquidos é muito maior do que nos gases.

Quando estamos dentro de água parecemos ser mais leves, havendo a sensação de que algo nos empurra para a superfície da água.

 Qualquer corpo mergulhado num líquido tem um peso inferior ao seu peso real. Esse peso designa-se por peso aparente do corpo.

Peso aparente = peso real – impulsão O peso aparente é a resultante de duas forças com sentidos opostos o peso real e a impulsão, quando está mergulhado num líquido.

P

I

P

ap

peso real peso aparente

I

• Unidade 1 – EM TRÂNSITO

11 P

ap

=

P

r – I

I

=

P

r –

P

ap

O valor da impulsão é igual à diferença entre os valores do peso real (Pr) e do peso aparente (Pap) do corpo.

O peso atua fazendo descer o corpo no interior do fluído, e a impulsão provoca a subida do corpo.

Porque razão uns corpos flutuam na água e outros não?

• Unidade 1 – EM TRÂNSITO

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Conforme as intensidades das duas forças, peso do corpo e impulsão:

1) Se o peso do corpo for maior do que a impulsão do fluido (P > I), o corpo afunda-se

3) Se o peso do corpo for menor do que a impulsão do fluido (P < I), o corpo flutua

2) Se o peso do corpo for igual ao valor da impulsão do fluido (P = I), o corpo fica em equilíbrio no interior do corpo

 A impulsão é uma força vertical e com sentido de baixo para cima, com intensidade igual ao valor do peso do volume de líquido deslocado pelo corpo.

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A massa volúmica, ou densidade, () é o quociente entre a massa (m) do corpo e o volume que este ocupa (V). Se considerarmos dois corpos com o mesmo volume, sabemos que o que é mais denso é o que tiver maior massa.

Peso do fluido deslocado

Unidades SI Massa : quilograma (Kg) Volume: metros cúbicos (m3)

V

m





Da definição de massa volúmica, temos que a massa do fluído deslocado é

Então o peso deslocado será:

* O cálculo do valor da impulsão pode ser feito se soubermos a massa volúmica do fluído e se conhecermos o volume de fluído deslocado.

Volume

m





fluído



g

Volume

P





fluído



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 Se o corpo estiver completamente imerso no fluído, o volume de fluído deslocado será igual ao volume total do corpo.

 Se o corpo estiver apenas parcialmente imerso no fluído, então o volume de fluído deslocado será igual ao volume imerso do corpo, que será uma fração do volume total.

Peso do fluido deslocado

O volume de fluído deslocado por um corpo mergulhado num fluído é igual ao volume imerso desse corpo.

• É a Arquimedes (287 a.C.- 212 a.C.), físico e matemático grego, que viveu em Siracusa, Sicília, que se deve a descoberta da força de impulsão.

Reza a lenda que, por volta do séc. III a.C.,o rei Hieron de Siracusa havia encomendado uma coroa de ouro, para homenagear uma divindade que supostamente o protegera nas suas conquistas.

Entretanto, foi levantada a acusação de que o ourives o enganara, misturando o ouro maciço com prata na manufactura da coroa.

Para descobrir a verdade, Hieron pediu a ajuda de Arquimedes. A sua tarefa seria descobrir, sem danificar o objecto, se a coroa era 100% em ouro, ou se continha uma parte feita em prata

Certo dia, Arquimedes terá descoberto a solução para o problema, enquanto tomava banho.

Ora Arquimedes, de quem se diz que era muito distraído, ficou tão entusiasmado com a sua descoberta que saltou da banheira e saiu para a rua, completamente nu, gritando: «Eureka! Eureka!», que significa: Descobri! Descobri!

A solução do seu problema levou-o a enunciar a Lei de Arquimedes.

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• Unidade 1 – EM TRÂNSITO

O Mito de Arquimedes

• Unidade 1 – EM TRÂNSITO

16 A Lei De Arquimedes

Sempre que um corpo se encontra mergulhado num fluido, este exerce sobre o corpo uma força a que chamamos impulsão, com direção vertical, sentido de baixo para cima e de intensidade igual ao valor do peso do volume de líquido deslocado (Pvolumede líquido deslocado ).

I = P

volumede líquido deslocado

A impulsão ocorre sempre que temos corpos total ou parcialmente imersos num fluído, seja ele líquido ou gasoso.

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Qualquer corpo mergulhado num líquido recebe da parte deste uma impulsão vertical, de baixo para cima, de valor igual ao do peso do volume de líquido deslocado.

A Lei De Arquimedes

I = P líquido deslocado

I = Pr – Pap

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Como água = 1,0 g/cm3, a 4ºC Podemos calcular também a massa do líquido deslocado, a partir do seu volume:

e novamente

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g m cm massa cm g 50 50 0 1 3 3     saiu que água / ,

N

P

50

0

8

9

050

0 ,

,

saiu que água saiu que água









A Lei De Arquimedes I = P líquido deslocado

Ao analisarmos os valores registados, pode-se concluir que o valor da impulsão, I, que o corpo recebe, e que foi calculado pela diferença entre os valores dos pesos real e aparente ( I = Preal – Paparente), é igual ao valor do peso do volume de água que foi deslocado pelo corpo.

V

m





• Unidade 1 – EM TRÂNSITO

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A Impulsão e a Lei de Arquimedes De que depende a impulsão?

Quando está em forma de cesto, o volume imerso é maior.

Quanto maior for o volume imerso, maior é a impulsão Se colocarmos plasticina em forma de esfera, dentro da água, verificamos que ela vai ao fundo. Se a moldarmos em forma de cesto ela vai flutuar. Porquê?

Segundo a Lei de Arquimedes, se o volume do liquido deslocado é maior, também o valor do seu

peso é maior, o que origina uma maior impulsão.

Água doce

Água salgada

No Mar Morto a densidade da água é muito grande devido à sua elevada salinidade

 Quanto maior a densidade de um fluído, maior é a impulsão.

 Como a densidade dos líquidos é muito maior do que as dos gases, a sua impulsão também é muito maior do que a dos gases.

 Para que um corpo flutue, num determinado fluido, é necessário que a densidade desse corpo seja menor do que a do fluido.

• Unidade 1 – EM TRÂNSITO

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Se colocarmos um ovo num copo com água doce e outro ovo dentro de um copo com água salgada, o que acontecerá? É mais fácil flutuarmos em água doce ou em água salgada? Porquê?

O ovo flutua na água salgada porque a impulsão é maior.

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Maior o volume imerso

Maior densidade do líquido _{Maior Impulsão}

Maior Impulsão

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 Para um mesmo corpo, quanto mais denso for o fluído em que ele se encontra, maior será a impulsão que o corpo sofre.

 A impulsão será tanto maior quanto maior for o volume de fluído deslocado, sendo que este é igual ao volume imerso do corpo.

 A impulsão não depende do peso do corpo.

Os barcos, apesar de serem feitos de materiais densos como o ferro e o aço, flutuam na água porque recebem desta uma impulsão suficiente para compensar o seu enorme peso. Como?

 Nos navios o volume da parte imersa é muito grande, para que seja também muito grande o volume da água deslocada, e consequentemente, a impulsão.

 A forma da parte inferior dos navios , está estudada para que a impulsão aumente ao aumentar o peso do navio devido à carga, de modo a que se tenha sempre:

I

=

-

P

Porque flutuam os barcos?

P

I

vectorialmente em módulo dos vectores

I

=

P

ou

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A Impulsão e a Lei de Arquimedes Equilíbrio de corpos imersos

 Os submarinos dispõem de tanques especiais no casco. Para submergir há válvulas que abrem, permitindo a entrada de água do mar para esses tanques. O peso do submarino aumenta, passando a ser superior à impulsão:

 Para vir à superfície, os tanques são esvaziados através de ar comprimido. Como o valor do peso diminui sem variar o volume do submarino, a impulsão torna-se maior do que o peso do submarino fazendo-o vir à superfície.

I

>

P

Como funcionam os submarinos?

P =

I

P >

I

I >

P

P =

I

P > I

• Unidade 1 – EM TRÂNSITO

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De acordo com o principio de Arquimedes, um balão elevar-se-á no ar, quando o valor do seu peso for inferior ao valor da impulsão que o ar exerce sobre ele.

Para se conseguir esta condição os balões são normalmente cheios com um gás menos denso que o ar, como o hélio, ou, então com ar quente.

O ar quente é menos denso que o ar frio, pois o aquecimento provoca um aumento de volume e consequentemente diminuição da densidade. O ar dentro do balão, torna-se assim menos denso, que o ar que o rodeia.

Porque flutuam os balões de ar quente?

• Unidade 1 – EM TRÂNSITO

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Conforme a relação entre o peso e a impulsão o corpo flutua, afunda ou permanece em equilibrio no interior do fluído.

 Se a massa volúmica for igual à do líquido, a impulsão é igual ao peso do corpo e este fica em equilíbrio, totalmente imerso.

 Se a massa volúmica do corpo for menor do que a do líquido, a impulsão é maior do que o peso, logo o corpo flutua.

 Se a massa volúmica do corpo for maior do que a do líquido, o corpo afunda-se.