How Submarines Sink and Float

Zahra observava um navio porta-contêineres gigantesco deslizar pela Baía de São Francisco. O fenômeno da flutuabilidade está em ação, mantendo este gigante à tona. Mas como? Parece impossível que algo tão pesado possa flutuar na água. Na verdade, alguns navios porta-contêineres são mais longos do que a altura do Empire State Building! Fato: A flutuabilidade de um navio porta-contêineres depende do formato do seu casco e do volume de água que ele desloca. Este princípio permite que navios mais longos que o Empire State Building flutuem, apesar de pesarem centenas de milhares de toneladas!

De volta para casa em Noe Valley, Zahra estava tomando banho com seu submarino de brinquedo quando ele afundou até o fundo. Ela se perguntou por que os navios enormes flutuavam, mas seu pequeno brinquedo não. Ela perguntou ao pai, que estava lendo um livro no sofá: "Pai, por que navios grandes flutuam, mas meu submarino afunda?", ela perguntou, perplexa. "Essa é uma ótima pergunta, Zahra!", respondeu o pai. "Tudo se resume a algo chamado flutuabilidade. Teremos que investigar." Fato: Curiosidade: A luz leva oito minutos e vinte segundos para viajar do Sol à Terra. Talvez seja por isso que parece que a água do banho demora uma eternidade para esfriar!

O pai de Zahra pegou um caderno e disse: "Vamos ver o que Arquimedes descobriu há muito tempo." Ele abriu o livro em uma página sobre Arquimedes e disse: "'Eureka!', como Arquimedes gritou famosamente quando descobriu o princípio da flutuabilidade. Isso mudou para sempre a forma como entendemos os objetos flutuantes, como os navios." "Arquimedes foi um matemático, físico, engenheiro, inventor e astrônomo grego", explicou o pai de Zahra. "Ele viveu há mais de dois mil anos. Seu princípio explica como os objetos flutuam ou afundam." Fato: O princípio de Arquimedes, formulado na Grécia antiga, ainda é fundamental para a arquitetura naval hoje.

O pai de Zahra começou a explicar: "Imagine um submarino em uma balança, mas debaixo d'água. Agora imagine um volume igual de água também nessa balança, mas não debaixo d'água. O peso desse volume de água é a força de empuxo que empurra o submarino para cima!" Ele mostrou a ela um diagrama em seu caderno. "A chave é o deslocamento", disse ele. "Um objeto flutua se a força de empuxo — o peso da água que ele desloca — for maior que seu próprio peso. E isso significa que a densidade geral é menor que a da água!" Zahra começou a entender. Fato: Densidade é massa por unidade de volume. Se um objeto é menos denso que a água, ele flutua; caso contrário, ele afunda. Navios são projetados para maximizar seu volume em relação à sua massa.

O pai dela mostrou a Zahra como um submarino podia mudar sua flutuabilidade. "Submarinos têm tanques de lastro", ele explicou. "Ao enchê-los com ar, o submarino desloca menos água, tornando-o mais leve e capaz de subir. Ao enchê-los com água, ele desloca mais, afundando o submarino." Ele desenhou um diagrama de um submarino com tanques de lastro enchendo com água e ar. "Vê como as setas que representam a força de flutuação mudam?", ele perguntou. Fato: Submarinos controlam sua profundidade ajustando a quantidade de água e ar em seus tanques de lastro, mudando efetivamente sua densidade geral.

Para demonstrar, o pai de Zahra a levou à Escola de Ensino Fundamental Everett, onde o Senhor Harris, o professor de ciências, lhes mostrou um modelo de submarino. Ele bombeou ar para os tanques de lastro, e o modelo subiu à superfície de um tanque. Então, ele deixou a água entrar, e o submarino afundou. "É assim que os submarinos exploram as profundezas do oceano", explicou o Senhor Harris. "Eles mudam sua densidade para mergulhar e subir à superfície!" Fato: Os tanques de lastro foram essenciais para a invenção do primeiro submarino verdadeiro por Cornelius Drebbel no século dezessete, embora seu projeto fosse bem diferente dos submarinos modernos.

Zahra imaginou um submarino de verdade, uma embarcação de pesquisa de águas profundas, explorando a Fossa das Marianas, a parte mais profunda do oceano. Ela viu o submarino navegando silenciosamente pelas águas escuras, suas luzes iluminando criaturas estranhas e maravilhosas. Ela pensou: "Sem entender flutuabilidade e densidade, não poderíamos explorar esses lugares incríveis!" Fato: A Fossa das Marianas é tão profunda que o Monte Everest poderia ser submerso nela e ainda haveria mais de um quilômetro e meio de água acima de seu pico.

De volta para casa, Zahra observou outros exemplos de flutuabilidade. Ela viu um balão de ar quente subindo no céu, um barco flutuando na baía e até ela mesma flutuando na piscina. "A flutuabilidade está em toda parte!", ela exclamou para a mãe enquanto observava o balão de ar quente passar. Fato: Balões de ar quente flutuam porque o ar aquecido é menos denso que o ar mais frio. Essa diferença de densidade cria uma força de empuxo que eleva o balão.

O pai dela, um homem calmo, pensativo e amigável na casa dos quarenta anos, de óculos, barba curta e bem cuidada, cabelo escuro curto com leves grisalhos nas têmporas, vestindo um suéter confortável, calças casuais e mocassins, mostrou-lhe uma foto de um iceberg. "Mesmo algo tão maciço quanto um iceberg flutua porque o gelo é menos denso que a água", ele explicou. "Mas apenas cerca de dez por cento de um iceberg é visível acima da superfície." Zahra ficou maravilhada. "Então, a maior parte do iceberg está escondida debaixo d'água?" Fato: Icebergs flutuam porque o gelo é menos denso que a água líquida, uma propriedade única devido às ligações de hidrogênio. Isso permite que a vida marinha prospere mesmo em condições de congelamento.

Zahra sorriu, entendendo agora por que seu submarino de brinquedo afundava enquanto navios enormes flutuavam. Ao entender os princípios da flutuabilidade, podemos projetar máquinas incríveis, explorar as profundezas do oceano e até mesmo entender por que os icebergs flutuam. Ela percebeu: "A ciência nos ajuda a entender o mundo ao nosso redor, do menor brinquedo ao maior navio!" Fato: Entender a flutuabilidade nos permite projetar navios, submarinos, balões de ar quente e até prever o comportamento de icebergs, ajudando-nos a navegar e explorar nosso mundo com mais segurança e eficiência.