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Estado de Minas FÍSICA

Entenda a Física por trás do funcionamento dos submarinos

A aplicação dos conceitos de Hidrostática e do Princípio de Arquimedes na construção de submergíveis.


postado em 22/11/2019 11:00 / atualizado em 23/11/2019 08:49

A marinha brasileira tem um dos programas mais avançados de submergíveis que pretende entregar cinco submarinos, sendo um nuclear, nos próximos dez anos. Apenas cinco países do mundo detêm a tecnologia para a produção de submarinos nucleares e o Brasil está mais próximo desse seleto grupo. 
Submarino Riachuelo, submarino construído totalmente no Brasil em 2018 e irmão do Humaitá. Em 2029, será lançado o primeiro submarino nuclear no país.(foto: Tomaz Silva/Agência Brasil )
Submarino Riachuelo, submarino construído totalmente no Brasil em 2018 e irmão do Humaitá. Em 2029, será lançado o primeiro submarino nuclear no país. (foto: Tomaz Silva/Agência Brasil )

O mais recente foi integrado em outubro de 2019, o submarino Humaitá, com quase duas toneladas de peso e capacidade de submergir em até 300 metros de profundidade. Mas você sabia que o funcionamento de um submarino é baseado em dois aspectos ligados à Física do Ensino Médio:
  • A pressão suportada pela estrutura do submarino.
  • Princípio de Arquimedes, que permite ao submarino submergir ou emergir à superfície.

Capacidade de suportar pressão do submarino

A pressão hidrostática pH de um submarino dada por uma coluna de água de altura H é calculada  pela fórmula pH=ugH onde:

u= densidade da água = 1,0 . 10³ kg/m³
g= gravidade da Terra = 10m/s²
H= profundidade do submarino
105 Pascal (Pa) = 1 atm
Esquema do Humaitá - já integrado em outubro de 2019. Tecnologia recente, mas baseada em conceitos já conhecidos desde a época da Antiguidade com Arquimedes.(foto: Adaptado de Marinha do Brasil)
Esquema do Humaitá - já integrado em outubro de 2019. Tecnologia recente, mas baseada em conceitos já conhecidos desde a época da Antiguidade com Arquimedes. (foto: Adaptado de Marinha do Brasil)

Por exemplo, a 10m de profundidade, existe uma pressão sobre o submarino de 1 atm (ph= 1,0 . 10³ x 10 x 10 = 1 . 105 Pa ou aproximandamente 1 atm). Como a pressão interna do submarino é 1 atm, logo a 10m a diferença de pressão suportada pelo submarino é zero (Externa - Interna). Portanto o Humaitá deve ter uma estrutura que suporte no mínimo 29 atm poderá ir até a profundidade de 300 metros.

Princípio de Arquimedes

Para entender o Princípio de Arquimedes, imagine a seguinte situação: um copo totalmente cheio de água e uma esfera pesada. Se colocarmos a esfera na superfície da água, ela vai afundar e provocar a saíde de uma certa quantidade de água do copo.

A força que a água exerce sobre a esfera terá direção vertical, sentido para cima e módulo igual ao do peso da água que foi deslocada. Portanto, o valor do empuxo está ligado ao volume externo do sólido mergulhado no líquido, não importando a sua densidade ou o seu peso.

O submarino, quando estiver flutuando na superfície, o seu peso terá a mesma intensidade do empuxo recebido. Nesse caso Ps = E

Para que o submarino afunde, deve-se aumentar o seu peso, o que se consegue armazenando água em reservatórios adequados em seu interior. Controlando a quantidade de água em seus reservatórios, ajustamos o peso do submarino para o valor desejado. Nesse caso Pt (Ps + Pe) > E 

Para que o submarino volte a flutuar, a água deve ser expulsa de seus reservatórios para reduzir o peso do submarino e fazer com que o empuxo se torne maior que o peso. Observe que, estando o submarino totalmente imerso, o volume de água deslocado (volume externo do submarino) será sempre o mesmo, o que faz com que a intensidade do empuxo (E) aplicado pela água se mantenha constante, não importando o valor de seu peso. 

Franklyn Laporte é professor de Física do Percurso Pré-Vestibular e Enem.

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