Estabilidade em Corpos Flutuantes

No estudo da física, um dos conteúdos que ganha bastante notoriedade é o da Estabilidade em Corpos Flutuantes.
A estabilidade consiste em uma propriedade que é muito conhecida tanto para os corpos submersos quanto para os corpos que flutuam, sendo muito estudada em projetos de navios e também de submarinos. O conhecimento da Estabilidade em Corpos Flutuantes pode acarretar projetos bem executados, onde todas as noções para manter a embarcação flutuando ou submersa são devidamente aplicadas.

Um corpo flutuante recebe a ação de várias forças que possuem o intuito de conferir a ele instabilidade, impedindo que ele adquira um melhor equilíbrio. No entanto, ainda assim, é possível que eles adquiram estabilidade.

Os tipos de estabilidade

Os corpos que flutuam em um meio liquido e que estão no estado de repouso, consequentemente irão apresentar uma estabilidade vertical. Caso efetuarmos um deslocamento desse corpo colocando-o para cima, ocasionaremos uma redução no volume do líquido deslocado, o que gerará uma força sem equilíbrio voltada para baixo, obrigando que o corpo adquira a tendência de mais uma vez retornar para a posição em que estava inicialmente.

De maneira semelhante, caso empurrarmos um corpo que está flutuando para baixo, notaremos que ocorrerá um aumento no empuxo, resultando em uma força para cima sem equilíbrio.
Sendo assim:

– Estabilidade Linear: É o tipo de estabilidade em que um ínfimo deslocamento, efetuado em qualquer direção, irá resultar em forças desprovidas de equilíbrio que possuem a tendência de conduzir o corpo para a sua posição de início.

– Estabilidade Angular: É o tipo de instabilidade que ocorre quando o conjugado que restaura a posição de início é um deslocamento angular ínfimo.

Outro conceito relevante para a devida compreensão da Estabilidade em Corpos Flutuantes é o empuxo.
– Empuxo: É a força que o fluido exerce sobre um corpo.

O filósofo, matemático e astrônomo da Grécia antiga, Arquimedes, foi o responsável por descobrir como calcular matematicamente o empuxo.
Arquimedes aferiu que todo o corpo que se encontra mergulhado em um fluido em equilíbrio, inserido em um campo gravitacional, está diante a ação de uma força com sentido vertical oposto a este campo, aplicada pelo fluido e com a mesma intensidade do Peso do fluido, que está a ser ocupado pelo corpo.

Além disso, é importante destacar que o valor do empuxo é independente da densidade do corpo que está mergulhado no fluido, no entanto é possível utilizá-la para averiguar se o corpo flutua, mergulha ou continua em equilíbrio junto com o fluido. Sendo assim é possível aferir que:

– A densidade do corpo é maior que a densidade do fluido. Nesse caso o corpo afunda.

– A densidade do corpo é menor que a densidade do fluido. Nesse caso o corpo tem a tendência de mergulhar na parte superficial do fluido.

– A densidade do corpo é igual a densidade do fluido. Nesse caso o corpo tem a tendência de permanecer em equilíbrio com o fluido.

A relação existente entre equilíbrio, empuxo e estabilidade

Nos estudos da física, o empuxo corresponde a uma força que pode ser descrita conforme o que dizem a segunda e a terceira lei de Newton. É importante lembrar que a segunda lei consiste no princípio fundamental da dinâmica, e que a terceira lei é a da ação e reação. Portanto, quando mergulhamos um objeto totalmente ou apenas parte dele em um fluido qualquer, iremos nos deparar com uma força conhecida como empuxo, que conta com sentido para cima e uma direção vertical.

Alguns exemplos de como o conhecimento a respeito do empuxo pode ser aproveitado de maneira prática são:

– Indústria naval

– Construção de submarinos

– Pesquisa marinha

– Flutuação de grandes embarcações

– A aerodinâmica de um avião que gera empuxo para a frente a partir do momento em que o ar é jogado no sentido contrário ao do voo.

– Foguete sendo impulsionado verticalmente também sofre influência do empuxo, que inicialmente deve ser maior que o seu peso.

Além disso, é importante citar também que, no caso do lançamento de foguetes, o sistema de empuxo utilizado é conhecido como Empuxo Vetorial.

No caso das embarcações marítimas, a permanência de grandes navios na superfície possui relação entre o empuxo e a estabilidade em corpos flutuantes.

O fato é que o empuxo exerce uma notória influência para manter um navio flutuando sobre a água. A partir do instante em que o empuxo adquirir a mesma força peso, o navio, por sua vez, irá adquirir um equilíbrio estático e, dessa maneira, irá continuar flutuando sobre o meio líquido.

Em termos matemáticos, é possível aferir que o empuxo é correspondente ao peso do volume de líquido que está sendo mergulhado em um fluído. Ciente de que o peso é um elemento que possui uma ampla relação com a força da gravidade