Objetivos

-  Compreender o princípio de Arquimedes e como ele explica o fenômeno do empuxo.

-  Calcular o empuxo que atua sobre diferentes objetos quando submersos em um fluido.

-  Aplicar o conhecimento de empuxo e densidade para resolver problemas práticos e teóricos.

Curiosidades

1. Você sabia que o princípio de Arquimedes foi descoberto enquanto ele tomava banho? Ele percebeu que a quantidade de água que transbordava do banho era igual ao volume do corpo que nele submergia! 

2. Sabia que os submarinos utilizam o princípio de Arquimedes para submergir e emergir? Eles ajustam sua densidade ao encher ou esvaziar tanques de água para controlar seu empuxo! ⚓

3. Curiosamente, o mesmo princípio que faz um enorme navio de ferro flutuar é o que faz uma pequena pedra afundar. Tudo depende de sua densidade em relação à água! 

Contextualização

O empuxo é uma força fascinante que todos nós já experimentamos, talvez sem nem perceber! Quando você nada em uma piscina e sente aquela força empurrando você para cima, isso é empuxo em ação. Este fenômeno ocorre devido ao princípio de Arquimedes, que afirma que qualquer corpo completamente ou parcialmente submerso em um fluido é empurrado para cima por uma força igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo. ‍♂️

No mundo real, entender o empuxo é crucial não apenas para engenheiros que projetam barcos e submarinos, mas também para cientistas estudando o comportamento de ecossistemas aquáticos ou até mesmo para atletas de esportes aquáticos que querem otimizar seu desempenho. Além disso, o empuxo tem aplicações em áreas como a meteorologia, onde balões meteorológicos precisam ser cuidadosamente calculados para flutuar na atmosfera. 

Entender como objetos de diferentes densidades interagem com fluidos nos permite não apenas explorar mais profundamente o mundo físico, mas também resolver problemas práticos de maneira criativa e eficiente. Ao longo deste projeto, você será desafiado a pensar como um cientista e um engenheiro, aplicando conceitos de empuxo de maneiras que você nunca imaginou antes. Preparado para mergulhar nesse desafio? 

Atividade 1: Desvendando o Empuxo: Uma Aventura Subaquática

Descrição

Nesta atividade, você vai se tornar um explorador dos mistérios da física subaquática, investigando como diferentes objetos se comportam quando submersos em água. Você construirá uma balança hidrostática simples para medir o empuxo e comparará isso com o peso real dos objetos em ar. Esta prática não só solidificará seu entendimento sobre o princípio de Arquimedes, mas também te desafiará a pensar como um físico, observando as leis da física em ação de uma maneira criativa e interativa. Prepare-se para mergulhar fundo no mundo da hidrostática e descobrir por que alguns objetos flutuam enquanto outros afundam.

Materiais Necessários

- Balde grande ou uma bacia

- Água

- Fio de nylon ou linha de pesca

- Régua

- Tesoura

- Objetos variados para testar (como uma maçã, uma pedra, um pedaço de isopor)

- Balança de cozinha

Passo a Passo

1. Encha o balde ou a bacia com água suficiente para submergir completamente os objetos a serem testados.
2. Utilize a régua para medir e cortar cerca de 50 cm de fio de nylon ou linha de pesca.
3. Amarre uma extremidade do fio ao objeto que será testado e a outra extremidade a uma régua ou um objeto que possa servir como suporte para manter o objeto submerso sem tocar no fundo do recipiente.
4. Pese cada objeto em uma balança de cozinha e registre o peso em ar.
5. Submerja cuidadosamente cada objeto na água, certificando-se de que está completamente submerso e suspenso.
6. Observe como o objeto se comporta na água - ele flutua, afunda ou fica suspenso?
7. Use a balança para medir a força necessária para manter o objeto submerso (isso pode ser feito por tentativa e erro, adicionando pequenos pesos no objeto submerso até que ele comece a subir).
8. Registre a diferença entre o peso em ar e a força medida quando o objeto está submerso. Esta diferença representa o empuxo.
9. Repita o procedimento para todos os objetos selecionados.
10. Analise os dados coletados, calcule o empuxo e compare com o peso dos objetos em ar, e prepare seu relatório.

O Que Você Deve Entregar?

Você deverá produzir um relatório detalhado contendo: (1) uma tabela comparativa dos pesos dos objetos no ar e na água, (2) cálculos do empuxo experimentado por cada objeto, e (3) uma análise discutindo os resultados obtidos e como eles se relacionam com o princípio de Arquimedes. Este relatório deve ser claro, bem-organizado, e incluir gráficos ou imagens das suas configurações experimentais, se possível. O relatório deverá ser entregue em formato digital (PDF) e compartilhado através da plataforma de aprendizagem da escola.

Atividade 2: Construindo Submarinos Caseiros: O Desafio do Empuxo

Descrição

Você já quis construir um submarino? Aqui está sua chance de criar um submarino caseiro que realmente funcione! Nesta atividade, você explorará o princípio de Arquimedes ao construir um modelo de submarino usando garrafas PET e outros materiais simples. O objetivo é fazer o submarino submergir e emergir em um recipiente com água, controlando a quantidade de água dentro da garrafa para alterar sua densidade e, consequentemente, o empuxo. Este experimento te ajudará a entender na prática como os submarinos reais controlam sua flutuação e como o princípio de Arquimedes é aplicado em engenharia naval.

Materiais Necessários

- 2 garrafas PET transparentes (500 ml)

- Água

- Bacia grande ou um tanque

- Bexiga (balão)

- Canudo

- Fita adesiva

- Tesoura

- Peso pequeno (como pedrinhas ou areia)

- Serigrafia ou marcador permanente

Passo a Passo

1. Corte o fundo de uma das garrafas PET para servir como compartimento principal do submarino.
2. Use a bexiga como um tanque de lastro. Insira a bexiga pela boca da garrafa cortada e fixe o canudo na boca da bexiga, selando com fita adesiva para garantir que não haja vazamentos.
3. Prenda o canudo que sai da bexiga na tampa da garrafa com fita adesiva, certificando-se de que possa ser facilmente soprado para inflar e desinflar a bexiga.
4. Coloque pesos pequenos no fundo da garrafa para ajudar a manter o submarino submerso quando a bexiga estiver desinflada.
5. Encha a bacia ou o tanque com água suficiente para testar o submarino.
6. Submerja o submarino na água, sopre no canudo para inflar a bexiga e observe como ele começa a subir. Para fazer o submarino submergir, solte o ar da bexiga.
7. Ajuste a quantidade de peso e a quantidade de ar na bexiga até que consiga controlar com precisão quando o submarino submerge e emerge.
8. Use a serigrafia ou o marcador permanente para decorar seu submarino e torná-lo visualmente atraente.
9. Realize testes com seu submarino, registrando os desafios encontrados e como os resolveu, preparando-se para explicar no vídeo.

O Que Você Deve Entregar?

Você deverá produzir um vídeo explicativo, mostrando seu submarino em ação (submergindo e emergindo) e explicando o processo de construção e os princípios físicos envolvidos, especialmente o empuxo e a densidade. O vídeo deve ter entre 3 a 5 minutos e ser enviado para a plataforma de aprendizagem da escola.

Atividade 3: Festival de Barcos de Papel: A Ciência do Empuxo em Ação

Descrição

Nesta atividade empolgante, você vai colocar a mão na massa e explorar os princípios do empuxo de uma forma super divertida: construindo e testando barcos de papel! Você irá desafiar sua criatividade e conhecimento científico ao projetar barcos de papel que não só flutuem, mas também carreguem cargas. Através desta atividade, você entenderá melhor como diferentes formas e tamanhos afetam a flutuabilidade de objetos e como o princípio de Arquimedes se aplica no mundo real. Prepare-se para se tornar um engenheiro naval por um dia e descobrir quem pode construir o barco de papel mais eficiente em termos de design e capacidade de carga!

Materiais Necessários

- Folhas de papel A4

- Clipes de papel

- Uma grande bacia ou um tanque com água

- Pequenos objetos para usar como carga (como moedas ou pequenas pedras)

- Régua

- Cronômetro ou relógio

- Câmera ou celular para registrar o experimento

Passo a Passo

1. Escolha diferentes designs de barcos de papel para construir (recomenda-se pesquisar e testar pelo menos três tipos).
2. Utilize as folhas de papel A4 para construir os barcos, seguindo os designs escolhidos.
3. Reforce a estrutura dos barcos utilizando clipes de papel, se necessário.
4. Encha a bacia ou o tanque com água.
5. Realize um teste de flutuabilidade para cada barco, colocando-o cuidadosamente na água para ver se flutua.
6. Registre o tempo que cada barco permanece flutuando antes de começar a afundar (use o cronômetro).
7. Adicione cargas gradualmente nos barcos, começando com objetos leves como uma moeda e aumentando o peso até que o barco comece a afundar.
8. Anote o peso máximo que cada barco conseguiu suportar antes de afundar.
9. Tire fotos ou faça vídeos de cada teste para documentar o processo e os resultados.
10. Analise os resultados, identifique qual design foi mais eficiente e reflita sobre o impacto das mudanças de design na flutuabilidade e capacidade de carga dos barcos.
11. Prepare o diário de bordo, incluindo todas as informações coletadas, análises e registros visuais dos testes.

O Que Você Deve Entregar?

Você deverá produzir um diário de bordo ilustrado, contendo os designs de seus barcos, as técnicas utilizadas na construção, os resultados dos testes de flutuabilidade e carga, e uma reflexão sobre como os princípios de empuxo e densidade influenciaram nos resultados. Inclua fotos ou vídeos dos seus testes. Este diário deve ser entregue em formato digital (PDF) e compartilhado através da plataforma de aprendizagem da escola.