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3ª Lei de Newton ou Lei da Ação-Reação Ciências Físico-químicas | 9º ano de
escolaridade
Docente. Marília Silva Soares 1
Pressão e Impulsão
Forças de pressão
Unidade 1 – EM TRÂNSITO
Ciências Físico-químicas - 9º ano de escolaridade • Unidade 1 – EM TRÂNSITO
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 2
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
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 3
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
FP
m
NPa
21
11
• Unidade 1 – EM TRÂNSITO
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 4
Será que o efeito de uma força que atua sobre uma superfície
depende também da área dessa superfície?
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.
3ª Lei de Newton ou Lei da Ação-Reação Ciências Físico-químicas | 9º ano de
escolaridade
Docente. Marília Silva Soares 2
• Unidade 1 – EM TRÂNSITO
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 5
Será que o efeito de uma força que atua sobre uma superfície
depende também da área dessa superfície?
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.
• Unidade 1 – EM TRÂNSITO
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 6
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
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 7
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
Ciências Físico-químicas - 9º ano de escolaridade
3ª Lei de Newton ou Lei da Ação-Reação Ciências Físico-químicas | 9º ano de
escolaridade
Docente. Marília Silva Soares 3
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?
• Unidade 1 – EM TRÂNSITO
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 9
A Impulsão e a Lei de Arquimedes
• Unidade 1 – EM TRÂNSITO
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 10
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
Pap
peso
real
peso
aparente
I
• Unidade 1 – EM TRÂNSITO
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 11
A Impulsão e a Lei de Arquimedes
Pap = Pr – I
I = Pr – Pap
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
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 12
A Impulsão e a Lei de Arquimedes
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.
P > I P = I P < I
3ª Lei de Newton ou Lei da Ação-Reação Ciências Físico-químicas | 9º ano de
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Docente. Marília Silva Soares 4
• Unidade 1 – EM TRÂNSITO
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 13
A Impulsão e a Lei de Arquimedes
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.
Volumem fluído
gVolumeP fluído
• Unidade 1 – EM TRÂNSITO
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 14
A Impulsão e a Lei de Arquimedes
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.
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 15
• Unidade 1 – EM TRÂNSITO
A Impulsão e a Lei de Arquimedes
O Mito de Arquimedes
• Unidade 1 – EM TRÂNSITO
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 16
A Impulsão e a Lei de Arquimedes
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 (Pvolume de líquido deslocado ).
I = Pvolume de líquido deslocado
A impulsão ocorre sempre que temos corpos total
ou parcialmente imersos num fluído, seja ele líquido
ou gasoso.
3ª Lei de Newton ou Lei da Ação-Reação Ciências Físico-químicas | 9º ano de
escolaridade
Docente. Marília Silva Soares 5
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
• Unidade 1 – EM TRÂNSITO
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 17
A Impulsão e a Lei de Arquimedes
Como água = 1,0 g/cm3, a 4ºC Podemos calcular também a massa do líquido deslocado, a partir do seu volume:
e novamente
• Unidade 1 – EM TRÂNSITO
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 18
A Impulsão e a Lei de Arquimedes
gm
cm
massacmg
50
5001
3
3
saiu que água
/,
NP
P
500
890500
,
,,
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
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 19
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
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 20
A Impulsão e a Lei de Arquimedes
De que depende a impulsão?
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.
3ª Lei de Newton ou Lei da Ação-Reação Ciências Físico-químicas | 9º ano de
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Docente. Marília Silva Soares 6
Maior o volume imerso
Maior densidade do líquido Maior Impulsão
Maior Impulsão
• Unidade 1 – EM TRÂNSITO
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 21
A Impulsão e a Lei de Arquimedes
De que depende a impulsão?
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
• Unidade 1 – EM TRÂNSITO
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 22
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
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 23
A Impulsão e a Lei de Arquimedes
Equilíbrio de corpos imersos
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
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Ano Lectivo 2011/2012 | Prof. Marília Silva Soares 24
A Impulsão e a Lei de Arquimedes
Equilíbrio de corpos imersos
3ª Lei de Newton ou Lei da Ação-Reação Ciências Físico-químicas | 9º ano de
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• Unidade 1 – EM TRÂNSITO
A Impulsão e a Lei de Arquimedes
Equilíbrio de corpos imersos
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.