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.

Fontes

  1. 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
  2. Georgia State University, HyperPhysics — Table of Densities (HyperPhysics)
    Nave, R. · s.d. · Base de dados · lida na íntegra · consultada em 12/10/2026
  3. 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
  4. 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)

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