Um navio petroleiro é capaz de transportar milhares de toneladas de carga. Neste caso, uma grande quantidade de massa consegue flutuar. Nesta situação, o empuxo é:
A) maior que a força peso do petroleiro.
B) igual à força peso do petroleiro.
C) maior que a força peso da água deslocada.
D) igual à força peso do volume submerso do navio.
E) igual à massa da água deslocada.
Resolução em Texto
📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Hidrostática (Física)
📝 Tema/Objetivo Geral: Aplicação da condição de equilíbrio estático em fluidos — Princípio de Arquimedes
📊 Nível da Questão: Médio
🎯 Gabarito: B
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📄 A questão trata da flutuação de um navio petroleiro e pergunta especificamente sobre a força de empuxo que atua sobre ele.
💡 O comando quer saber qual é a relação entre essa força de empuxo e outras grandezas físicas, como o peso do petroleiro ou a água deslocada.
📌 Nosso objetivo aqui é analisar as condições de equilíbrio do navio flutuando na água e identificar corretamente o papel do empuxo nesse equilíbrio.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
💧 Empuxo é a força vertical para cima exercida por um fluido sobre um corpo total ou parcialmente submerso, de acordo com o Princípio de Arquimedes.
📐 A fórmula do empuxo é:
E = ρ × V × g
onde:
ρ = densidade do fluido (água),
V = volume de fluido deslocado (volume submerso),
g = aceleração da gravidade.
⚖ Já a 1ª Lei de Newton (equilíbrio de forças) afirma que:
ΣF = P – E = 0, logo:
P = E, ou seja, o peso do corpo é igual ao empuxo.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
🛳 O enunciado descreve que, mesmo carregado com milhares de toneladas, o navio flutua. Isso nos indica que ele está em equilíbrio, com forças balanceadas.
📎 Isso significa que a força de empuxo que a água exerce para cima é igual ao peso do navio para baixo. Essa é a condição de flutuação e estabilidade na superfície.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
🔍 Se o navio flutua, temos:
Empuxo = Peso do corpo
🔢 Aplicando as fórmulas:
E = ρ × V × g
P = m × g
Como o navio está em equilíbrio:
ρ × V × g = m × g
✂ Cancelando o g dos dois lados:
ρ × V = m
Ou seja, a massa da água deslocada é igual à massa do navio, e as forças que atuam (empuxo e peso) são iguais em módulo e opostas em direção.
Passo 5: Análise das Alternativas
A) maior que a força peso do petroleiro.
❌ Se o empuxo fosse maior, o navio subiria (aceleração para cima), o que não ocorre.
B) igual à força peso do petroleiro.
✅ Correta. Essa é exatamente a condição de equilíbrio: empuxo = peso.
C) maior que a força peso da água deslocada.
❌ Confusão de conceitos. O empuxo está ligado ao peso da água deslocada, não o ultrapassa.
D) igual à força peso do volume submerso do navio.
❌ Incorreta. Volume não tem peso — ele serve para calcular o empuxo, mas não representa uma força.
E) igual à massa da água deslocada.
❌ Errada. O empuxo é uma força, não uma massa.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
⚓ O navio está em equilíbrio na água, ou seja, não afunda nem sobe. Isso só é possível quando o empuxo exercido pela água é igual à força peso do navio. Assim, concluímos com segurança que a alternativa correta é a B.
🔍 Resumo Final: Quando um corpo flutua, como um navio, o empuxo exercido pelo fluido (água) é igual à força peso do corpo. Esse equilíbrio é uma aplicação direta do Princípio de Arquimedes e da 1ª Lei de Newton.
