A densidade média de um barco é leve em comparação com a densidade média da água. Stockbyte / Getty Images A definição padrão de flutuação foi registrada pela primeira vez por Arquimedes e é mais ou menos assim:Um objeto em um fluido experimenta uma força ascendente igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto. Então, se um barco pesa 1, 000 libras (ou quilogramas), ele afundará na água até que se desloque 1, 000 libras (ou quilogramas) de água. Desde que o barco desloque 1, 000 libras de água antes que tudo seja submerso, o barco flutua.
Não é muito difícil modelar um barco de tal forma que seu peso tenha sido deslocado antes de ele estar completamente submerso. A razão de ser tão fácil é que uma boa parte do interior de qualquer barco é de ar (ao contrário de um cubo de aço, que é aço sólido por toda parte). A densidade média de um barco - a combinação do aço e do ar - é muito leve em comparação com a densidade média da água . Portanto, muito pouco do barco realmente precisa submergir na água antes de deslocar o peso do barco.
A próxima pergunta a fazer envolve flutuando em si. Como as moléculas de água sabem quando 1, 000 libras deles saíram do caminho? Acontece que o ato real de flutuar tem a ver com pressão ao invés de peso. Se você pegar uma coluna de água de 1 polegada quadrada e 1 pé de altura, pesa cerca de 0,44 libras dependendo da temperatura da água (se você pegar uma coluna de água de 1 cm quadrado por 1 metro de altura, pesa cerca de 100 gramas). Isso significa que uma coluna de água de 1 pé de altura exerce 0,44 libras por polegada quadrada (psi). De forma similar, uma coluna de água de 1 metro de altura exerce 9, 800 pascal (Pa).
Se você submergisse uma caixa com um medidor de pressão conectado (como mostrado nesta imagem) na água, então, o medidor de pressão mede a pressão da água na profundidade submersa:
Se você submergisse a caixa 30 cm na água, o medidor leria 0,44 psi (se você submergiu 1 metro, seria 9, 800 Pa). O que isso significa é que a parte inferior da caixa tem um força ascendente sendo aplicado a ele por essa pressão. Portanto, se a caixa tiver 1 pé quadrado e estiver submersa 1 pé, o fundo da caixa está sendo empurrado para cima por uma pressão de água de (12 polegadas * 12 polegadas * 0,44 psi) 62 libras (se a caixa tiver 1 metro quadrado e submersa 1 metro de profundidade, a força para cima é 9, 800 newtons). Isso só acontece para ser exatamente igual ao peso do pé cúbico ou metro cúbico de água que é deslocado!
É essa pressão da água para cima empurrando o fundo do barco que está fazendo com que ele flutue. Cada polegada quadrada (ou centímetro quadrado) do barco que está debaixo d'água tem a pressão da água empurrando-o para cima, e essa pressão combinada faz o barco flutuar.
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