Fluids and Newton's Laws · Fluidos e Leis de Newton
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| buoyant force/ˈbɔɪənt fɔːs/ | força de empuxo |
A steel ship floats, but a steel nail sinks
- Drop a steel nail in water and it sinks at once. Yet a ship made of thousands of tonnes of steel floats.
- The ship wins by pushing aside a huge volume of water — enough to hold its weight up.
- The upward push from a fluid is the buoyant force 浮力.
- It obeys a beautifully simple rule discovered by Archimedes.
Um navio de aço flutua, mas um prego de aço afunda
- Jogue um prego de aço na água e ele afunda imediatamente. Yet um navio feito de milhares de toneladas de aço flutua.
- O navio vence ao desplazar um grande volume de água — suficiente para sustentar seu peso.
- O empurrão para cima de um fluido é a força de empuxo 浮力。
- Ela obedece a uma regra simples e bela descoberta por Arquimedes.
Archimedes' principle
- The buoyant force equals the weight of the fluid displaced: $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$.
- It comes from pressure being larger at the bottom of an object than the top.
- $V$ is the submerged volume, and $\rho_{\text{fluid}}$ the fluid's density.
- Push aside more fluid, or a denser fluid, and you get a bigger upward force.
Princípio de Arquimedes
- A força de empuxo é igual ao peso do fluido deslocado: $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$.
- Vem da pressão ser maior na parte inferior de um objeto que na superior.
- $V$ é o volume submerso, e $\rho_{\text{fluid}}$ a densidade do fluido.
- Deslocar mais fluido, ou um fluido mais denso, resulta em uma força ascendente maior.
A block of volume $0.002\ \text{m}^3$ is submerged in water ($\rho = 1000\ \tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$). What is the buoyant force, in $\text{N}$? · Um bloco de volume $0.002\ \text{m}^3$ está submerso na água ($\rho = 1000\ \tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$). Qual é a força de empuxo, em $\text{N}$?
$F_b = \rho V g = 1000 \times 0.002 \times 10 = 20\ \text{N}$.
Archimedes' principle says the buoyant force equals: · O princípio de Arquimedes diz que a força de empuxo é igual a:
$F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ — the weight of the fluid the object pushes aside. · $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ — o peso do fluido que o objeto empurrou para fora.
Float or sink? Compare the forces
- Compare the buoyant force (up) with the object's weight (down) — a Newton's-law balance.
- If buoyancy can equal the weight, the object floats; if not, it sinks.
- Equivalently, compare densities: less dense than the fluid ⇒ floats; denser ⇒ sinks.
- A ship floats because its overall (average) density, hull plus air, is low.
Flutuar ou afundar? Compare as forças
- Compare a força de empuxo (para cima) com o peso do objeto (para baixo) — um equilíbrio de leis de Newton.
- Se o empuxo puder igualar o peso, o objeto flutua; se não, ele afunda.
- Alternativamente, compare densidades: menos denso que o fluido ⇒ flutua; mais denso ⇒ afunda.
- Um navio flutua porque sua densidade geral (média), casco mais ar, é baixa.
Will it float? · Ele vai flutuar?
Compare an object's density with the fluid's and see how buoyancy decides float or sink. · Compare a densidade de um objeto com a do fluido e veja como a flutuabilidade decide flutuação ou afundamento.
An object floats in a fluid when the object is: · Um objeto flutua em um fluido quando o objeto é:
Less dense than the fluid ⇒ buoyancy can support its weight ⇒ it floats. · Menos denso que o fluido ⇒ a flutuabilidade pode suportar seu peso ⇒ ele flutua.
A steel ship floats because its overall average density (steel plus air) is less than water's. · Um navio de aço flutua porque sua densidade média geral (aço mais ar) é menor que a da água.
The hollow hull traps air, lowering the ship's average density below that of water. · O casco oco aprisiona ar, reduzindo a densidade média do navio abaixo da da água.
Select all · todos things that increase the buoyant force on a fully submerged object. · Selecione todas as coisas que aumentam a força de empuxo em um objeto totalmente submerso.
$F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ grows with volume, fluid density and $g$. Colour is irrelevant. · $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ cresce com volume, densidade do fluido e $g$. Cor é irrelevante.
Why it feels lighter underwater
- Lift a rock underwater and it feels lighter — the buoyant force helps you.
- Its apparent weight is the real weight minus the buoyant force.
- Fully submerged, a denser-than-water object still sinks, but with reduced apparent weight.
- Buoyancy is just Newton's laws applied to the pressure of the surrounding fluid.
Por que parece mais leve debaixo d'água
- Levantar uma pedra debaixo d'água e ela parecer mais leve — o empuxo ajuda você.
- Seu peso aparente é o peso real menos a força de empuxo.
- Totalmente submerso, um objeto mais denso que a água ainda afunda, mas com peso aparente reduzido.
- Empuxo é apenas as leis de Newton aplicadas à pressão do fluido circundante.
The apparent weight of a submerged object is its real weight minus the ____ force. · O peso aparente de um objeto submerso é seu peso real menos a força de ____.
Apparent weight $=$ real weight $-$ buoyant force, so things feel lighter underwater. · Peso aparente $=$ peso real $-$ força de empuxo, então coisas parecem mais leves debaixo d'água.
Buoyancy depends on the volume of fluid displaced and the fluid's density — not on the object's own density or weight directly. Floating vs sinking is decided by comparing the buoyant force to the weight (or the object's density to the fluid's).
Empuxo depende do volume de fluido deslocado e da densidade do fluido — não diretamente da própria densidade ou peso do objeto. Flutuação vs. afundamento é decidido comparando a força de empuxo ao peso (ou a densidade do objeto à do fluido).
A block of volume $0.002\ \text{m}^3$ is fully submerged in water ($\rho = 1000\ \tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$).
- $F_b = \rho V g = 1000 \times 0.002 \times 10 = 20\ \text{N}$.
If the block weighs more than $20\ \text{N}$ it sinks; less, and it rises and floats.
Um bloco de volume $0.002\ \text{m}^3$ está totalmente submerso em água ($\rho = 1000\ \tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$).
- $F_b = \rho V g = 1000 \times 0.002 \times 10 = 20\ \text{N}$.
Se o bloco pesar mais que $20\ \text{N}$, ele afunda; menos, e ele sobe e flutua.
The buoyant force equals the weight of the fluid displaced: $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ (Archimedes' principle). An object floats if this can balance its weight — equivalently, if it is less dense than the fluid — and sinks if not. Underwater objects have a reduced apparent weight.
A força de empuxo é igual ao peso do fluido deslocado: $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ (princípio de Arquimedes). Um objeto flutua se isso puder equilibrar seu peso — equivalentemente, se for menos denso que o fluido — e afunda se não. Objetos submersos têm peso aparente reduzido.