Flutuação neutra - Neutral buoyancy
A flutuabilidade neutra ocorre quando a densidade média de um objeto é igual à densidade do fluido no qual ele está imerso, resultando na força de flutuação equilibrando a força da gravidade que, de outra forma, faria o objeto afundar (se a densidade do corpo for maior que a densidade do fluido no qual está imerso) ou aumento (se for menor). Um objeto com flutuabilidade neutra não afundará nem subirá.
No mergulho autônomo , a capacidade de manter a flutuabilidade neutra por meio da respiração controlada, pesagem precisa e gerenciamento do compensador de flutuabilidade é uma habilidade importante. Um mergulhador mantém a flutuabilidade neutra por correção contínua, geralmente por respiração controlada, pois a flutuabilidade neutra é uma condição instável para um objeto compressível em um líquido.
História
O matemático Arquimedes descobriu muito sobre como a flutuabilidade funciona há mais de 2.000 anos. Em sua pesquisa, Arquimedes descobriu que um objeto é impulsionado por uma força igual ao peso da água deslocada pelo objeto. Em outras palavras, um barco inflável que desloca 100 libras (45 kg) de água é impulsionado por esse mesmo peso de suporte. Um objeto que flutua na água é conhecido por ser positivamente flutuante. Um objeto que afunda até o fundo tem flutuabilidade negativa , enquanto um objeto que flutua no mesmo nível da água tem flutuabilidade neutra . Mais tarde, os cientistas descobriram maneiras de manipular a flutuabilidade e desenvolveram equipamentos como o colete salva-vidas , que é preenchido com ar comprimido e ajuda a diminuir a densidade média de uma pessoa, auxiliando na flutuação e na natação, bem como certos equipamentos de mergulho (incluindo submarinos e submersíveis ) que têm câmaras de ar semelhantes a bexigas natatórias para regular a profundidade.
Usos
A flutuabilidade é importante em muitos campos. Barcos, navios e hidroaviões são projetados de forma a garantir que permaneçam flutuando. Os submarinos têm flutuabilidade controlável para fazê-los submergir e subir conforme a demanda. Muitos objetos foram desenvolvidos com a flutuabilidade em mente, como coletes salva-vidas e pontões .
A flutuabilidade é essencial para a maioria dos esportes aquáticos . Muitos nadadores sabem que existem maneiras fáceis de flutuar na superfície, como deitar de costas ou prender a respiração. A flutuabilidade torna-se perceptível quando um nadador tenta mergulhar até o fundo da piscina, o que pode exigir esforço. Os mergulhadores trabalham com muitos problemas de flutuabilidade, pois os mergulhadores devem saber flutuar, pairar e afundar na água. Os mergulhadores frequentemente usam pesos de chumbo para neutralizar a flutuabilidade positiva de seus corpos e equipamentos.
Os gases também são fluidos e, portanto, os objetos flutuando no ar também podem ser aparados para terem flutuabilidade neutra. Um balão de ar quente que não está afundando nem subindo usa a densidade mais baixa do ar quente em comparação com a densidade do ar circundante para produzir impulso suficiente para equilibrar o peso da cesta e seu conteúdo.
Simulação de microgravidade
A flutuabilidade neutra é usada extensivamente no treinamento de astronautas em preparação para trabalhar no ambiente de microgravidade do espaço. A NASA e o programa espacial russo mantêm instalações nas quais astronautas estagiários adequados interagem com maquetes de hardware espacial, com a ajuda de mergulhadores. No Laboratório de Sistemas Espaciais da Universidade de Maryland , um tanque de flutuação neutro é usado de forma semelhante para avaliar o desempenho de protótipos de robôs espaciais.
Características
Quando a flutuabilidade neutra está ocorrendo, parece que o objeto / substância está flutuando no meio do fluido, ou em algum lugar entre o fundo e a superfície.
Aparência na natureza
Um peixe 's bexiga natatória controla a flutuabilidade, ajustando a quantidade de gás na bexiga natatória, permitindo-lhe alcançar a flutuabilidade neutra em diferentes profundidades. Quando a densidade geral de um peixe se torna maior ou menor do que a da água ao redor devido à mudança de volume da bexiga natatória após a subida ou descida, pode corrigir essa diferença ao longo do tempo por um processo fisiológico envolvendo absorção controlada e eliminação de gases através da circulação sanguínea, o guelras e uma glândula adjacente à bexiga natatória.
O cérebro humano exibe flutuabilidade aproximadamente neutra como resultado de sua suspensão no líquido cefalorraquidiano . A massa real do cérebro humano é de cerca de 1400 gramas; entretanto, o peso líquido do cérebro suspenso no LCR é equivalente a uma massa de 25 gramas. O cérebro, portanto, existe em uma flutuabilidade quase neutra, o que permite que o cérebro mantenha sua densidade sem ser prejudicado por seu próprio peso, o que cortaria o suprimento de sangue e mataria os neurônios nas seções inferiores.
Densidade de substâncias cotidianas (em g / cm 3 )
| Água | Gelo (0 ° C) | Vinagre | Água salgada | Leite (desnatado) |
|---|---|---|---|---|
| 1,00 | 0,917 | 1.01 | 1.03 | 1.033 |
Veja também
- Flutuação - Força ascendente que se opõe ao peso de um objeto imerso em fluido
- Simulação de flutuabilidade neutra como auxílio ao treinamento - Treinamento de astronautas em um ambiente de flutuabilidade neutro
- Categoria: Instalações de flutuação neutras