Carga da barcaça: o princípio de Arquimedes

Um jogo educativo de simulação. Preveja quanto uma barcaça afunda, quanto ela pode levar e por que o gelo e os barcos de aço flutuam; depois carregue-a e observe a linha-d'água.

EmpuxoFlutuação

PORTO

Barcaça vazia

Pronto
Ative o JavaScript para carregar as barcaças. As instruções e o exemplo resolvido continuam legíveis.
ÁguaBarcaça, gelo ou barcoSua previsãoMarcas de calado
EmpuxoF_b = ρ·g·V

Tempo

0.00 s

t

Calado

— m

d

Água deslocada

— m³

V = A·d

Empuxo

— kN

F_b = ρ·g·V

Densidade da água

— kg/m³

ρ

Preveja antes de carregar

Digite sua previsão para preparar o porto. Carregar fica desativado até haver uma resposta.

Preveja onde ficará a linha-d'água.

Pontuação da missão—

Uma previsão dentro de 2% vale 100 pontos; uma carga precisa flutuar com no máximo 2% de folga. Acertar na primeira rodada soma mais 50. Uma rodada conta assim que começa.

✓ Resposta certa① De primeira

Como jogar Carga da barcaça

  1. Escolha o que vai flutuar e leia no cartão o tamanho, a massa e a densidade da água.
  2. Um corpo que flutua desloca a sua própria massa de água: ρ·V = M. Para uma caixa, V = L × B × d, então d = M ÷ (ρ·L·B).
  3. Digite sua previsão e toque em Carregar. O guindaste desce o corpo, ou a carga entra a bordo, de forma constante.
  4. Observe a linha laranja no casco: ela mostra a linha-d'água da sua previsão ao lado da real.

Por que as coisas flutuam?

A água empurra para cima tudo o que está nela. Esse empuxo é igual ao peso da água que o objeto desloca: F_b = ρ·g·V, o princípio de Arquimedes. Um objeto que flutua afunda até que essa água pese tanto quanto ele; aí as forças se equilibram. Assim, uma barcaça de 24 t desloca 24 t de água, 24 m³ de água doce, e afunda o suficiente para esse volume. Carregue-a e ela afunda mais; quando a água chega ao convés, ela não consegue deslocar mais, e qualquer carga extra a alaga. Se algo flutua depende da sua densidade média, toda a massa dividida por todo o volume. Um barco de aço é quase todo ar por dentro, então a sua densidade média fica bem abaixo da da água, mesmo o aço sendo quase oito vezes mais denso. A densidade da água também conta: a água do mar é mais densa que a de rio, então um navio flutua um pouco mais alto no mar, e o gelo, com 917 kg/m³, flutua com cerca de nove décimos abaixo da superfície.

Um modelo de aprendizagem focado

Tudo o que flutua é uma caixa de fundo plano e laterais retas, então o volume submerso é A·d, com A = L × B. A água está parada e a sua densidade é fixa, exceto que muda de forma constante de 1025 para 1000 kg/m³ enquanto a barcaça entra no rio. A carga chega à água de forma constante por 2 s, devagar o bastante para que o corpo fique sempre em d = M ÷ (ρ·A) sem balançar. Se o calado atingir a altura do convés H, o carregamento para e a barcaça é desenhada afundando por 1 s; a até 0,05% do convés ela ainda conta como flutuando. Uma carga está certa se a barcaça flutuar com no máximo 2% de folga; qualquer outra previsão, dentro de 2%. g = 9,8 m/s². Roda em tempo real.

Ao trocar de idioma, o que flutua, sua previsão, suas tentativas e a rodada são mantidos.