Física
Navio de aço flutua porque a densidade média do casco, com o ar dentro, é menor que a da água
Publicado em 13/10/2026 · Última alteração em 13/10/2026
Assuntos: Ciência do cotidiano
Um navio flutua quando o peso da água que o casco desloca iguala o peso do navio inteiro. O ferro, base do aço, tem 7,8 g/cm³, mais de sete vezes a densidade da água, mas o casco é oco: conta a massa total dividida pelo volume total, ar incluído. Se essa densidade média for menor que a da água do mar (cerca de 1.026 kg/m³), o navio boia e afunda só até a água deslocada equilibrar o seu peso.
Densidade é massa dividida por volume. Empuxo é a força para cima que um fluido exerce sobre um corpo mergulhado nele; nasce do fato de a pressão crescer com a profundidade, de modo que a parte de baixo do corpo é empurrada para cima mais do que a de cima é empurrada para baixo. O princípio de Arquimedes diz que esse empuxo é igual ao peso do fluido deslocado. Dois objetos de mesmo volume recebem o mesmo empuxo; o que muda o destino de cada um é o peso. Um bloco maciço de aço desloca pouca água para o seu peso e afunda. O mesmo aço moldado em casco envolve um grande volume cheio de ar, desloca muito mais água e pode ser sustentado. Por que o gelo flutua, sendo um material menos denso que a água, é outro caso, já explicado em outro texto.
O mesmo navio afunda mais na água doce
Como o peso do navio não muda, o volume deslocado é inversamente proporcional à densidade do líquido. Um navio que desloca 10.000 t de água ocupa cerca de 9.756 m³ de casco submerso no mar (1.025 kg/m³) e 10.000 m³ na água doce (1.000 kg/m³). Conta nossa.
Densidade do material e densidade do conjunto
A densidade do aço é a de um material maciço. O que decide se um navio boia é outra grandeza: a densidade média do conjunto, a massa de tudo (casco, máquinas, carga) dividida pelo volume que o casco ocupa, ar incluído. O metal ocupa só uma pequena parte desse volume; o resto é ar, de densidade 0,001293 g/cm³ na tabela usada. Pela nossa conta, se o ferro (7,8 g/cm³) ocupasse menos de cerca de 13% do volume e o resto fosse ar, a média ficaria abaixo da do mar. É ordem de grandeza, sem carga nem máquinas.
Quanto o casco afunda
Em equilíbrio, peso é igual ao empuxo, que é o volume submerso vezes a densidade do líquido. Para um casco de laterais retas, a fração da altura submersa é a densidade média do conjunto dividida pela do líquido: um conjunto de 0,30 g/cm³ afunda cerca de 29% da sua altura no mar (0,30 ÷ 1,025, cálculo nosso). Ao receber carga, a média sobe; quando o peso supera o empuxo máximo, o navio afunda. O mesmo raciocínio explica a fração submersa do iceberg, tratada em outro texto.
Como sabemos: pesar o objeto no ar e na água
O princípio é testado com balança. Pesa-se o objeto no ar e depois mergulhado na água: a perda de massa aparente é a massa de água deslocada, e como a água tem 1 g/cm³ isso dá o volume e, dividindo a massa por ele, a densidade. É a mesma lógica da coroa na história de Arquimedes, que a fonte apresenta como relato. Limite: o modelo trata de fluido parado. Ondas, estabilidade e resistência do casco são engenharia naval, fora do escopo.
Como sabemos
Física elementar e consolidada, com fontes institucionais abertas; as contas numéricas são nossas e estão marcadas.
- Fato estabelecido: A força de empuxo sobre um objeto mergulhado é igual ao peso do líquido que ele desloca (princípio de Arquimedes). [1] Archimedes' Principle
Contexto: Fluido em repouso, objeto totalmente mergulhado; para um objeto que flutua vale o volume da parte submersa. · Conferida na fonte (página institucional), conferência automatizada - Fato estabelecido: O empuxo existe porque a pressão do fluido aumenta com a profundidade, o que produz uma força líquida para cima sobre o objeto mergulhado. [1] Buoyancy
Contexto: Explicação física geral do empuxo em fluidos em repouso. · Conferida na fonte (página institucional), conferência automatizada - Fato estabelecido: Objetos de mesmo volume sofrem o mesmo empuxo; a diferença de comportamento (flutuar ou afundar) vem da comparação desse empuxo com o peso do objeto. [1] Equal Volumes Feel Equal Buoyant Forces
Contexto: Exemplo da fonte: bolas de cortiça, alumínio e chumbo de 10 cm³ cada, mergulhadas em água. · Conferida na fonte (página institucional), conferência automatizada - Fato estabelecido: Um navio flutuando tem o peso total (casco, máquinas e carga) igual ao peso da água deslocada pelo seu casco externo. [3] 3.3 What make a Ship Floats?
Contexto: Navio em equilíbrio em água parada. Os termos da fonte são hull (casco), machinery (máquinas) e deadweight (carga e consumíveis). · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada - Fato estabelecido: Um navio de aço ou de concreto flutua desde que a casca externa envolva volume suficiente para deslocar água de peso maior que o do navio; se o empuxo máximo ficar menor que o peso, ele afunda. [3] 3.2 Reduction of Weight of Immersed Objects
Contexto: Notas de aula de arquitetura naval da Universiti Teknologi Malaysia, cap. 3. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada - Consenso científico: A densidade média de um objeto é a massa dividida pelo volume total que ele ocupa; é ela, e não a do material, que se compara à do líquido. [1] Archimedes' Principle [3] 3.4 Effect of Density
Contexto: Síntese nossa a partir de f1 (definição de densidade média do objeto) e f3 (peso = empuxo = volume deslocado × densidade do líquido). · Limitações: A ligação entre as duas ideias, no caso do casco oco, é raciocínio nosso; as fontes não usam a expressão 'densidade média do conjunto'. · Conferida em parte (página institucional), conferência automatizada - Fato estabelecido: O ferro tem densidade de 7,8 g/cm³, a água a 4 °C tem 1,0000 g/cm³ e o ar tem 0,001293 g/cm³; multiplicando por 1000 obtêm-se kg/m³. [2] Table of Densities, solids
Contexto: Valores de tabela a 0 ou 20 °C e pressão padrão. A tabela traz ferro, não aço. · Limitações: O aço é feito sobretudo de ferro e tem densidade da mesma ordem (cerca de 7,8 g/cm³), mas esse número para o aço não está na tabela usada. · Conferida na fonte (página institucional), conferência automatizada - Fato estabelecido: A densidade típica da água do mar é cerca de 1.026 kg/m³, pouco acima da água doce (cerca de 1.000 kg/m³); varia com temperatura e salinidade. [4] How do we measure the density of sea water?
Contexto: Valor típico de plataforma continental, segundo o texto de oceanografia do projeto GLOBEC (Woods Hole). Outras fontes usam 1.025 kg/m³. · Limitações: Página marcada como rascunho (DRAFT) pelo próprio autor; o valor é uma convenção de ordem de grandeza. · Conferida na fonte (página institucional), conferência automatizada - Fato estabelecido: Com o peso fixo, o volume deslocado é inversamente proporcional à densidade do líquido; por isso um objeto flutuante afunda mais em água doce do que em água do mar. [3] Exercise 3.2
Contexto: Navio ou corpo em equilíbrio. A conta de 9.756 m³ contra 10.000 m³ para 10.000 t é nossa: 10.000 ÷ 1,025 e 10.000 ÷ 1,000. · Limitações: Cálculo nosso, com 1.025 kg/m³ (valor da fonte f3) e 1.000 kg/m³; ignora variação de temperatura. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada - Estimativa: Se o ferro ocupasse menos de cerca de 13% do volume de um casco, e o resto fosse ar de massa desprezível, a densidade média ficaria abaixo da da água do mar. [2] Table of Densities, solids [4] How do we measure the density of sea water?
Contexto: Casco idealizado, só de ferro e ar, sem carga nem máquinas. · Limitações: Usa a densidade do ferro (7,8 g/cm³) como aproximação para o aço e despreza a massa do ar (cerca de 0,0013 g/cm³). · Cálculo nosso: 1,026 ÷ 7,8 ≈ 0,13. Ordem de grandeza, não projeto de navio. · Conferida em parte (página institucional), conferência automatizada - Fato estabelecido: A densidade de um objeto irregular pode ser medida pesando-o no ar e na água: a massa aparente na água é a massa real menos a massa do fluido deslocado, o que dá o volume. [1] Archimedes' Principle
Contexto: Método de pesagem hidrostática; a fonte o apresenta com a história da coroa de Arquimedes. · Limitações: A fonte apresenta a coroa como história ('the Archimedes story'); não a tratamos como fato histórico verificado. · Conferida na fonte (página institucional), conferência automatizada
Fontes
- Georgia State University, HyperPhysics — Buoyancy and Archimedes' Principle (HyperPhysics)
Nave, R. · s.d. · Livro ou obra de referência · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026 - Georgia State University, HyperPhysics — Table of Densities (HyperPhysics)
Nave, R. · s.d. · Base de dados · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026 - Universiti Teknologi Malaysia — Naval Architecture Notes, Chapter 3: Hydrostatics and Floatation
Yaakob, O. bin · 2008 · Documento institucional · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026 - Woods Hole Oceanographic Institution, GLOBEC — How do we measure the density of sea water? (GLOBEC)
projeto GLOBEC · s.d. · Documento institucional · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026
Histórico de alterações
- Versão 1 · 13/10/2026 — Primeira versão (produção 1.000, lote 10; conferência de trechos automatizada)