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

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1 Ciências Físico-químicas - 9º ano de Unidade 1 Em Trânsito Pressão e Impulsão Pressão Impulsão 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? Por que é que as marcas dos esquis na neve são menos profundas do que as pegadas? 2 Docente. Marília Silva Soares 1

2 A marca deixada na areia pelo tijolo é mais profunda, quando a área da superfície é menor. A pressão exercida pelo tijolo (peso do tijolo) na areia é tanto maior quanto menor for a área de superfície de contato. 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 na areia é tanto maior quanto maior for a força exercida nos tijolos. A mesma força distribuída por superfícies de contato de áreas diferentes, produz pressões diferentes. Ciências Físico-químicas 9º ano de 3 Verifica-se que o tijolo se enterra mais quando está assente sobre um dos topos (A) do que quando está assente sobre os seus lados (B) A pressão resulta da interação entre corpos sólidos, líquidos ou gases. Como exemplo temos a pressão exercida pela água nas barragens e a pressão atmosférica. 4 Docente. Marília Silva Soares 2

3 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. 1N 1Pa 2 1m F P A Unidade SI: É o pascal, Pa, que corresponde ao newton por metro quadrado. Ciências Físico-químicas 9º ano de 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. 6 Docente. Marília Silva Soares 3

4 O que magoa mais é pisadela de um sapato de salto alto, pois a área é menor, logo a dor será maior. Ao caminhares na areia deixas marcas na areia pois exerces pressão sobre o solo. No entanto a profundidade dessas marcas é inferior à de um sapato de salto alto. Ciências Físico-químicas 9º ano de 7 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. 8 Docente. Marília Silva Soares 4

5 Ciências Físico-químicas - 9º ano de Unidade 1 EM TRÂNSITO Pressão e Impulsão Impulsão 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? 10 Docente. Marília Silva Soares 5

6 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. Ciências Físico-químicas 9º ano de 11 Qualquer corpo mergulhado num líquido tem um peso inferior ao seu peso real. Esse peso designa-se por peso aparente do corpo. O peso aparente é a resultante de duas forças com sentidos opostos o peso real e a impulsão, quando está mergulhado num líquido. O peso atua fazendo descer o peso real peso aparente P P ap I corpo no interior do fluído, e a impulsão provoca a subida do corpo. I Peso aparente = peso real impulsão P ap = P r I I = P r P ap O valor da impulsão é igual à diferença entre os valores do peso real (P r ) e do peso aparente (P ap ) do corpo. 12 Docente. Marília Silva Soares 6

7 Porque razão uns corpos flutuam na água e outros não? 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 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 3) Se o peso do corpo for menor do que a impulsão do fluido (P < I), o corpo flutua P > I P = I P < I 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. Ciências Físico-químicas 9º ano de 13 Peso do fluido deslocado 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. m V Unidades SI Massa : quilograma (Kg) Volume: metros cúbicos (m 3 ) Da definição de massa volúmica, temos que a massa do fluído deslocado é m fluído Volume Então o peso deslocado será: P fluído Volume g * O cálculo do valor da impulsão pode ser feito se soubermos a massa volúmica do fluído e se conhecermos o volume de fluído deslocado. 14 Docente. Marília Silva Soares 7

8 Peso do fluido deslocado 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 fracção do volume total. O volume de fluído deslocado por um corpo mergulhado num fluído é igual ao volume imerso desse corpo. Ciências Físico-químicas 9º ano de 15 O Mito de Arquimedes É a Arquimedes (287 a.c 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. 16 Docente. Marília Silva Soares 8

9 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 (P volume de líquido deslocado ). I = P volume de líquido deslocado A impulsão ocorre sempre que temos corpos total ou parcialmente imersos num fluído, seja ele líquido ou gasoso. Ciências Físico-químicas 9º ano de 17 A Lei De Arquimedes 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. I = P líquido deslocado I = P r P ap 18 Docente. Marília Silva Soares 9

10 A Lei De Arquimedes Podemos calcular também a massa do líquido deslocado, a partir do seu volume: Como água = 1,0 g/cm 3, a 4ºC m V 3 massa 1, 0g / cm 3 50cm m 50g água que saiu e novamente P água que saiu P água que saiu 0, 050 9, 8 0, 50N 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 = P real P aparente ), é igual ao valor do peso do volume de água que foi deslocado pelo corpo. Ciências Físico-químicas 9º ano de 19 De que depende 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? Quando está em forma de cesto, o volume imerso é maior. 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. Quanto maior for o volume imerso, maior é a impulsão 20 Docente. Marília Silva Soares 10

11 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? Água doce Água salgada O ovo flutua na água salgada porque a impulsão é maior. 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. Ciências Físico-químicas 9º ano de 21 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. Maior densidade do líquido Maior Impulsão Maior o volume imerso Maior Impulsão 22 Docente. Marília Silva Soares 11

12 Equilíbrio de corpos imersos Porque flutuam os barcos? 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: P I I = - P ou I = P vectorialmente Ciências Físico-químicas 9º ano de em módulo dos vectores 23 Equilíbrio de corpos imersos Como funcionam os submarinos? P = I 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: P > I 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. P > I I > P P = I I > P 24 Docente. Marília Silva Soares 12

13 Equilíbrio de corpos imersos Porque flutuam os balões de ar quente? 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. Ciências Físico-químicas 9º ano de 25 Equilíbrio de corpos imersos Conforme a relação entre o peso e a impulsão o corpo flutua, afunda ou permanece em equilíbrio 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. 26 Docente. Marília Silva Soares 13