A ciência da densidade e da flutuabilidade determina se os objetos irão afundar ou flutuar na água. Se a densidade de um objeto for maior que a da água, ele irá afundar. Por outro lado, se a densidade de um objeto for menor que a da água, ele flutuará. No caso da borracha, ela flutua porque sua densidade é muito menor que a da água.
Densidade
A densidade é uma medida da quantidade de massa que um objeto possui para um determinado volume. A massa é tipicamente medida em gramas e o volume em centímetros cúbicos. Quanto mais denso for um objeto, mais ele pesará. Por exemplo, se o objeto A tiver uma densidade de 10 e o objeto B tiver uma densidade de 100; o objeto B pesará 10 vezes mais que o objeto A.
Flutuabilidade
O princípio de Arquimedes declara que a força de empuxo em um objeto submerso é igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto. Dito de outra forma, se a massa do objeto for menor que a massa da água, para o volume dado, o objeto será forçado para cima, para a superfície, pela força de empuxo. Se a massa do objeto for maior que a massa da água, para o volume dado, o objeto afundará porque a força de empuxo não é forte o suficiente para sustentar o objeto.
Relação de Densidade com Flutuabilidade
A flutuabilidade depende de dois fatores: massa e volume. Esses são os mesmos fatores que determinam a densidade de um objeto. Para comparar as massas relativas de um objeto e água, a questão do volume deve ser removida da equação. Isso é feito comparando a densidade do objeto com a densidade da água. A densidade da água, embora varie ligeiramente dependendo da temperatura, é assumida como sendo 1 grama por centímetro cúbico. Ao comparar essa densidade com a densidade de qualquer outro objeto, pode-se determinar se a densidade relativa do objeto é maior ou menor que a da água. Se for mais alto, afundará e, se for mais baixo, flutuará.
Borracha na água
A densidade da borracha macia é de 0,11 gramas por centímetro cúbico. Se você tivesse um cubo de borracha com lados iguais a 10 centímetros, seu volume seria de 1.000 centímetros cúbicos. A massa desse cubo de borracha seria igual a sua densidade multiplicada por 1.000, ou 110 gramas. Se este cubo de borracha fosse colocado na água, ele deslocaria 1.000 centímetros cúbicos de água. A massa da água deslocada seria igual à sua densidade multiplicada por 1.000, ou 1.000 gramas. O princípio de Arquimedes afirma que a borracha flutuaria porque a força flutuante da água, equivalente a 1.000 gramas, seria maior que o peso do cubo de borracha, 110 gramas. Enquanto isso demonstra a matemática por trás da flutuabilidade da borracha, tudo o que é realmente necessário é simplesmente comparar sua densidade com a da água, já que isso toma o volume completamente fora da equação. Como a densidade da borracha é menor do que a da água, você sabe que ela flutua - não importa a quantidade de borracha que você submerge.
