Trabalhando conceitos de massa, peso, volume e densidade.

Problematização Inicial:

O que é massa? Como é que a gente mede massa? O que é peso? Como é que gente mede pesos? A balança da farmácia daria a você o mesmo peso se estivesse na

Lua? E o astronauta na Lua, tem peso? O que é volume? Como é que a gente mede volumes? 1 kg de algodão ocupa o mesmo espaço que 1 kg de chumbo? É possível espremer 1 kg de algodão de modo que ele fique do

tamanho de 1 kg de chumbo? O que é densidade? Uma tonelada de ferro afunda? Quantas toneladas de ferro tem um navio?

Alguém aqui sabe boiar no mar ou na piscina? O que a gente precisa fazer para boiar? Um pedaço de isopor bóia na água? O que ele faz para boiar? Uma garrafa PET vazia e tampada bóia na água? A garrafa está mesmo vazia? O que tem dentro dela? E se ela estiver cheia de água? O que tem de diferente nas duas situações? Quais as diferenças entre o ar e a água? Quanto você pesa? Seu peso é diferente na água? É mais fácil ou mais difícil para alguém levantar você dentro da água

do que fora d´água? Por quê? Seu peso é diferente na Lua? É mais fácil ou mais difícil para alguém levantar você na Lua? Por

quê?

CONCEITOS BÁSICOS:

MASSA é a quantidade de matéria que um objeto possui, medida em gramas (g) ou em quilogramas (kg).

PESO é uma força que tem origem da ação da gravidade sobre os corpos. Como toda força, é medida em Newtons ou em dinas. A força peso (P) é calculada a partir da massa (m) e da gravidade (g) com a expressão P = m ·g, onde g, na Terra, é igual a 9,8 m/s2 (quando a massa é medida em quilogramas e a força em Newtons), ou 980 cm/s2 (quando a massa é medida em gramas e a força em dinas).

Observação 1: O Peso pode ser dado em Kgf. Por quê?

É fundamental a diferenciação entre massa e peso. A massa não muda, onde quer que você esteja, aqui, na Lua ou na água. O seu peso é o mesmo aqui e na água, mas é menor na Lua. O peso depende do campo gravitacional. O campo gravitacional da Terra é praticamente sempre o mesmo, independentemente de você estar no chão ou na água. Já o campo gravitacional da Lua é seis vezes menor que o da Terra, e, portanto lá você pesa menos.

VOLUME é o tamanho do espaço ocupado por um corpo, medido em litros (l), mililitros (ml), centímetros cúbicos (cm3) ou metros cúbicos (m3). Um centímetro cúbico equivale a um mililitro; 1000 mililitros fazem 1 litro e mil litros ocupam um metro cúbico.

Observação 2: Você sabe medir experimentalmente o volume? Como poderíamos medir o volume de uma borracha? Ou, de um caroço de feijão?

DENSIDADE é a relação entre sua massa e seu volume. A densidade é obtida dividindo a massa do corpo pelo seu volume: d = m/V. Por exemplo, a densidade da água é de 1 g/cm3, isto é um pequeno cubo de 1 cm × 1 cm × 1 cm contém 1 g de água. A densidade nos dará a informação se a substância da qual o corpo é feito é menos compacta ou mais compacta. Unidade:  g/cm3

A tabela abaixo mostra a densidade de algumas substâncias. Observe que a densidade do gelo corresponde a 90% da densidade da água. Isto explica porque, ao vermos um iceberg flutuando, vemos apenas 10% dele, os 90% restantes estão submersos. Você já havia pensado nisso?

 

 

 d = m / v

Substância Densidade

água 1,00

água do mar 1,03

ferro 7,6

cobre 8,9

prata 10,5

chumbo 11,3

ouro 19,3

gelo 0,9

EMPUXO: Quando observamos um imenso navio singrando os mares, vem a nossa mente uma pergunta:

 Porque ele flutua na superfície  e não afunda?   Se uma pequena pedra colocada na água imediatamente irá afundar?

Todo corpo imerso num fluido sofre a ação de uma força chamada empuxo, dirigida verticalmente para cima, cujo valor é igual ao valor do peso do volume do fluido deslocado.

Mergulhando-se uma pedra em um líquido qualquer, temos a sensação de que ela parece mais leve, isto ocorre devido ao empuxo que "empurra" a pedra para cima e precisamos uma força menor para sustentá-la.

O empuxo explica porque as pessoas se sentem mais leves imersas na água, porque os navios flutuam, e porque os balões sobem. Na água o empuxo é a força orientada para cima exercida pela água sobre um objeto flutuando ou submerso nela. Essa força é igual ao peso da água deslocada pelo objeto.

Ocorre empuxo porque a pressão do líquido na parte inferior do corpo é maior do que na superior.

Se o objeto estiver flutuando na água, como um barco, então essa força será igual ao peso do objeto. O objeto afunda na água até o ponto em que o peso da água deslocada por ele é igual a seu próprio peso, daí então as duas forças são iguais, logo o objeto permanece imóvel.

PESO APARENTE: É o peso que aparentamos ter quando estamos imersos em um fluido. O peso aparente nada mais é do que o peso real menos o empuxo que age sobre o corpo.

O que faz ser mais fácil levantar alguém na água não é a diminuição do peso, como acontece na Lua, mas o aparecimento de uma nova força contra o peso, chamada, o empuxo. O seu peso aparente na água é a diferença entre o seu peso real e o empuxo provocado pela água.

PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES: Todo corpo mergulhado em um líquido recebe um empuxo vertical (E), para cima, igual ao peso do líquido deslocado pelo corpo.

E quando o peso do corpo é menor que o empuxo? (P<E)

   

Neste caso a resultante está dirigida para cima fazendo o corpo ir para a superfície do líquido. Ao emergir o corpo passa a deslocar menor volume de líquido e o empuxo sobre ele torna-se menor. No caso de um navio ele ficará em equilíbrio parcialmente mergulhado na água, fazendo com que o empuxo se iguale ao peso. A densidade do corpo é menor que a do líquido.

 

E se o peso do corpo for igual ao empuxo? (P=E)

Neste caso a resultante destas forças será nula e o corpo permanece em repouso no local que foi abandonado. Sua densidade é igual a do líquido. Se um submarino está em repouso no meio da água temos seu peso igual ao empuxo sendo a densidade média do submarino igual a densidade da água do mar.

                         

O que acontece se o peso do corpo é maior que o empuxo?(P>E)

   

A resultante dessas forças estará dirigida para baixo e o corpo irá afundar. Neste caso a densidade do corpo é maior que a do líquido.

                  

 

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ICEBERGS: São blocos de gelo flutuantes que se desprendem das geleiras e ficam a deriva nos oceanos, sendo levado por correntes marítimas e pelo vento, tornando-se um grande risco para a navegação. O iceberg flutua porque o gelo possui uma densidade menor que a água do mar, sua parte visível (acima da água) é de apenas 10% do seu volume total. 

    O

maior acidente da história envolvendo um iceberg foi com o transatlântico Titanic (http://cacella.astrodatabase.net/Titanic.htm) em sua viagem inaugural, transportando 2200 pessoas, indo a pique em 14 de abril de 1912, ocasionando a morte de aproximadamente 1500 pessoas.