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Todos os líquidos são líquidos, mas, curiosamente, nem todos os líquidos são líquidos. Tudo o que pode fluir - como um gás - é um fluido e pode criar força flutuante. A flutuabilidade é causada quando áreas de pressão mais alta sob um objeto exercem força para cima em direção a áreas de pressão mais baixa. A quantidade de força flutuante que um fluido exerce, no entanto, é determinada pelo volume dos objetos e de acordo com o princípio de Arquimedes.
Pascal e Pressão
Antes de entender como as diferenças na pressão do fluido podem afetar a flutuabilidade, primeiro você precisa entender como o comportamento da pressão nos fluidos. O princípio Pascal indica que, quando a pressão é alterada em qualquer local dentro de um sistema fechado, essa mudança de pressão será sentida igualmente em todos os pontos do sistema e em todas as direções. Este princípio é o que permite que os sistemas hidráulicos funcionem. Também determina que dentro de um corpo de fluido onde não existem fatores adicionais que afetem a pressão, a pressão permanecerá constante e uniforme. Na Terra, no entanto, geralmente há pelo menos uma outra força que causa uma variação na pressão de um fluido, e essa força é a gravidade.
Profundidade e Diferença
A gravidade puxa para baixo tudo o que tem massa. Portanto, quando a gravidade puxa para baixo um corpo de fluido, o peso do fluido nas partes superiores do corpo se acumula sobre o fluido nas partes inferiores, criando um grau de pressão crescente à medida que você se move para baixo dentro desse fluido. Por exemplo, se você mergulhar fundo em um lago, sentirá uma pressão crescente em seus ouvidos - e talvez até contra seu corpo - quanto mais você mergulhar. Se você parar de nadar para baixo, a pressão mais alta abaixo o empurrará de volta para a área de pressão mais baixa. Dessa maneira, a gravidade criou uma dinâmica de pressão que determina que sempre haverá maior pressão abaixo de um objeto submerso do que acima dele.
Arquimedes e Montante
O filósofo e matemático grego Arquimedes levou esse entendimento da pressão um passo adiante e entendeu por que um fluido aplica uma certa quantidade de força ascendente a um objeto e faz com que ele suba e flutue ou permita que afunde. Ele determinou que a força ascendente era igual ao peso da água deslocada pelo objeto submerso. Por exemplo, a água pesa um grama por centímetro cúbico. Se você mergulhar uma bola com um volume de 25 centímetros cúbicos, terá deslocado 25 gramas de água. Portanto, a força flutuante resultante nessa bola será de 25 Newtons (Newtons são unidades que medem a força). Essa força flutuante é sempre baseada na massa da água deslocada, no entanto, e não na massa do objeto.
Densidade como decisivo
A densidade é, em última análise, o fator que determina se um objeto irá flutuar, afundar ou permanecer neutro em um fluido. Por exemplo, se essa bola de 25 centímetros cúbicos for oca e cheia de ar, será mais leve que os 25 gramas de água que foi deslocada e flutuará. Se a bola for feita de um material mais denso, como o ferro, ela poderá ser muito mais pesada e afundar rapidamente no fundo do corpo d'água. Se você submergir uma bola que pesa exatamente 25 gramas, a força flutuante não a levará à superfície, mas simplesmente evitará que ela afunde. Esta bola permanecerá flutuante de forma neutra no corpo do fluido até ser acionada por uma força externa.