O que é empuxo? Entenda o princípio de Arquimedes

Lembro bem da primeira vez que tentei explicar empuxo para uma turma de primeiro ano. Levei uma bacia com água, um ovo e um pouco de sal. Coloquei o ovo na água pura, ele afundou, e depois fui adicionando sal até ele subir. Os alunos ficaram em silêncio por uns segundos e depois começaram a perguntar tudo ao mesmo tempo. Foi ali que percebi que a palavra empuxo só faz sentido quando o aluno vê alguma coisa acontecendo.

Desde então, sempre começo pelo experimento e só depois parto para a fórmula. Neste texto eu reúno o que uso na minha prática, com exemplos, passo a passo e questões resolvidas que eu mesmo costumo aplicar. Se você também prepara aulas de física ou de ciências, pode aproveitar tudo direto na sua rotina.

O que é empuxo?

Empuxo é a força vertical, orientada de baixo para cima, que um fluido (líquido ou gás) exerce sobre um corpo nele imerso total ou parcialmente. Ela existe porque a pressão do fluido aumenta com a profundidade, então a parte de baixo do objeto recebe uma pressão maior do que a parte de cima. O resultado líquido é uma força para cima. Seu módulo é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo, que é exatamente o que o princípio de Arquimedes afirma. Na prática, quanto maior o volume de líquido que o objeto desloca, maior o empuxo que ele recebe.

Para o professor, a dica é conectar essa definição ao cotidiano: o barco, o balão, o colete salva-vidas e até o peixe que sobe e desce na água. Eu costumo usar essa mesma linguagem no GeraProva quando monto listas de exercícios, porque facilita muito a contextualização das questões.

Qual é a fórmula do empuxo e como usá-la?

A fórmula do empuxo é E = μ · V · g, em que μ é a densidade do fluido, V é o volume de fluido deslocado pelo corpo e g é a aceleração da gravidade. Para comparar com o peso, usamos P = m · g. A regra de decisão é simples: se E > P, o corpo tende a subir; se E < P, tende a afundar; se E = P, ele fica em equilíbrio, flutuando ou suspenso no fluido.

Passo a passo que eu ensino para os alunos:

• Identifique o fluido e sua densidade (água doce costuma ser 1000 kg/m³).
• Descubra o volume deslocado. Se o corpo está totalmente submerso, é o volume do próprio corpo; se flutua, é só a parte submersa.
• Calcule o empuxo com E = μ · V · g.
• Calcule o peso com P = m · g.
• Compare e tire a conclusão: afunda, flutua ou fica em equilíbrio.

Um erro que aparece muito é usar a massa do objeto no lugar do volume deslocado no cálculo do empuxo. Peço sempre que os alunos escrevam a unidade de cada grandeza antes de substituir valores, e o erro some quase sempre.

Como o princípio de Arquimedes explica a flutuação?

O princípio de Arquimedes diz que todo corpo imerso num fluido recebe um empuxo igual ao peso do fluido que ele desloca. Isso explica por que navios de aço flutuam: o casco, com seu formato oco, desloca um volume enorme de água, e o empuxo resultante supera o peso do navio. Já uma pedra pequena e maciça desloca pouca água e afunda.

Eu gosto de usar a analogia do copo cheio até a borda. Quando você coloca algo dentro da água, o excesso transborda. A quantidade de água que transborda pesa exatamente o empuxo recebido. Essa demonstração com uma lata e um recipiente com saída lateral funciona muito bem em sala, principalmente com turmas do ensino fundamental II.

Empuxo, peso e densidade: qual a relação?

Muitos alunos confundem densidade do corpo com densidade do fluido. A regra que eu uso é: o corpo flutua quando sua densidade média é menor que a do fluido. Por isso o ovo afunda na água doce e sobe na água salgada: a salinidade aumenta a densidade do líquido, e o empuxo passa a superar o peso do ovo.

Como trabalhar empuxo em sala com questões contextualizadas?

Questões contextualizadas funcionam melhor do que exercícios puramente numéricos, porque o aluno precisa interpretar a situação antes de calcular. Quando monto avaliações, procuro misturar cálculo direto, interpretação de figuras e problemas do dia a dia. Com o GeraProva, consigo gerar esse tipo de questão com enunciados variados e gabarito comentado, o que me poupa algumas horas por semana de preparação.

Se você ainda não conhece, vale fazer o cadastro grátis e testar com a sua própria turma. A ferramenta organiza as questões por dificuldade e nível de Bloom, o que ajuda a balancear a prova entre questões de lembrar, aplicar e analisar.

Questões prontas com gabarito comentado

A seguir estão seis questões reais da base do GeraProva sobre empuxo. Cada uma traz o enunciado, as alternativas com a explicação de cada uma, a dica de resolução e os dados de BNCC e nível cognitivo. Eu costumo resolver primeiro sem olhar o gabarito e depois comparar com os alunos.

Questão 1: travessia de rio com colete salva-vidas

Em uma travessia de rio com colete salva-vidas, o colete desloca V = 4,0×10?² m³ de água. A pessoa com equipamentos tem massa M = 75 kg. Use μágua = 1000 kg/m³ e g = 10 m/s². Calcule a força de empuxo e determine se o colete sozinho mantém a pessoa flutuando. (empuxo: E = μ·V·g; peso: P = M·g).

• ❌ A) O colete flutua com E = 400 N — Confunde empuxo e peso; não percebe que E < P resulta em afundamento.
• ❌ B) Empuxo E = 300 N — Cálculo incorreto de E, não considerando o volume e a densidade da água corretamente.
• ❌ C) Peso P = 500 N — Peso calculado incorretamente; a multiplicação correta não foi feita.
• ✅ D) Empuxo E = 1000·0,04·10 = 400 N; peso P = 75·10 = 750 N. E < P, portanto o colete é insuficiente. Volume necessário = 0,075 m³. — Cálculo direto: E = μ·V·g = 400 N; P = M·g = 750 N; para equilibrar E = P é preciso V = P/(μ·g) = 0,075 m³.
• ❌ E) Volume necessário = 0,01 m³ — Volume muito pequeno, não atende à condição de equilíbrio entre empuxo e peso.

Dica de resolução: calcule o empuxo e compare com o peso da pessoa. Conceito central: empuxo e peso. Conceito para revisão: empuxo e peso em fluidos. BNCC: EM13CNT106. Bloom: Compreender.

Questão 2: caiaque com praticante de 80 kg

Um caiaque com praticante total de massa 80 kg desloca 0,05 m³ de água. Dado μ=1000 kg/m³ e g = 10 m/s², calcule o empuxo E = μ·g·V (N) e compare com o peso P = m·g; determine se o caiaque afunda ou flutua.

• ❌ A) Empuxo = 5000 N; Peso = 800 N — Cálculo incorreto do empuxo; não considera corretamente o volume de água deslocado.
• ✅ B) Empuxo = 500 N; Peso = 800 N → empuxo < peso, portanto afunda. — E = μ·g·V = 1000·10·0,05 = 500 N; P = m·g = 80·10 = 800 N; como E < P, não há equilíbrio e o caiaque afunda.
• ❌ C) Empuxo = 300 N; Peso = 800 N — Valor do empuxo calculado errado; deveria ser maior, dado o volume deslocado.
• ❌ D) Empuxo = 800 N; Peso = 500 N — Erro na substituição; fórmulas e valores foram aplicados incorretamente.
• ❌ E) Empuxo = 500 N; Peso = 200 N — Valor de peso muito baixo e errado; não condiz com a massa do caiaque.

Dica de resolução: calcule o empuxo e compare com o peso do caiaque. Conceito central: empuxo e peso. Conceito para revisão: empuxo e flutuabilidade. Bloom: Analisar.

Questão 3: caixa flutuante de 300 kg

Uma caixa flutuante tem massa total m = 300 kg e volume externo V = 0,50 m³. Colocada em água (μ_água = 1000 kg·m⁻³, g = 10 m·s⁻²), determine: (a) a força de empuxo máxima disponível; (b) se a caixa flutua; (c) a fração do volume submersa quando em equilíbrio. Use Empuxo E = μ_fluido·V_deslocado·g e peso P = m·g.

• ❌ A) E_max = 7,0×10³ N — Valor maior que o correto, não corresponde ao cálculo com o volume externo.
• ❌ B) E_max = 3,0×10³ N — O empuxo máximo deve ser maior que o peso, e 3,0×10³ N é igual ao peso, não ao empuxo máximo.
• ❌ C) A caixa não flutua — Como E_max > P, a caixa flutua.
• ✅ D) E_max = 5,0×10³ N; flutua; fração submersa = 60% — E_max = 1000·0,50·10 = 5000 N; P = 300·10 = 3000 N; como E_max > P, flutua. Fração = P/E_max = 3000/5000 = 0,6 = 60%.
• ❌ E) Fração submersa = 90% — A fração é P/E_max, que resulta em 60%, não 90%.

Dica de resolução: calcule a força de empuxo e compare com o peso da caixa. Conceito central: empuxo e flutuabilidade. Conceito para revisão: empuxo e flutuabilidade em fluidos. BNCC: EM13CNT302. Bloom: Aplicar.

Questão 4: a bexiga natatória do peixe

A maioria dos peixes ósseos possui uma estrutura chamada vesícula gasosa ou bexiga natatória, que tem a função de ajudar na flutuação do peixe. Um desses peixes está em repouso na água, com a força peso, aplicada pela Terra, e o empuxo, exercido pela água, equilibrando-se, como mostra a figura 1. Desprezando a força exercida pelo movimento das nadadeiras, considere que, ao aumentar o volume ocupado pelos gases na bexiga natatória, sem que a massa do peixe varie significativamente, o volume do corpo do peixe também aumente. Assim, o módulo do empuxo supera o da força peso, e o peixe sobe (figura 2). [IMAGEM] Na situação descrita, o módulo do empuxo aumenta, porque. (UNESP - 2012)

• ❌ A) é inversamente proporcional à variação do volume do corpo do peixe. — Errada, porque o empuxo é diretamente proporcional ao volume submerso, não inversamente.
• ❌ B) a intensidade da força peso, que age sobre o peixe, diminui significativamente. — Errada, pois o peso praticamente não se altera, já que a massa quase não muda.
• ❌ C) a densidade da água na região ao redor do peixe aumenta. — A densidade da água não muda; o empuxo depende do volume de água deslocado.
• ❌ D) depende da densidade do corpo do peixe, que também aumenta. — O empuxo não depende da densidade do corpo, mas da densidade do fluido e do volume deslocado; a densidade do corpo na verdade diminui.
• ✅ E) o módulo da força peso da quantidade de água deslocada pelo corpo do peixe aumenta. — Ao aumentar o volume, o peixe desloca mais água; pelo Princípio de Arquimedes, o empuxo é igual ao peso da água deslocada, então quanto mais água deslocada, maior o empuxo.

Dica de resolução: analise como o volume do peixe afeta o empuxo e a força peso. Conceito central: empuxo e flutuação. Conceito para revisão: princípio de Arquimedes. BNCC: EM13CNT204. Bloom: Compreender.

Questão 5: colete salva-vidas e o princípio de Arquimedes

Quando visitei uma feira fluvial no interior, observei que o uso de coletes salva-vidas era obrigatório para quem andava de pedalinho. Segundo explicação de um monitor, o princípio de Arquimedes estabelece que a força de empuxo sobre o corpo imerso equivale ao peso do líquido deslocado. Os coletes, feitos de espuma leve, aumentam o volume do usuário sem adicionar massa significativa, garantindo que a força de empuxo supere o peso do conjunto e mantenha a pessoa flutuando. Identifique, com base no texto, qual alteração física realizada pelo uso do colete salva-vidas reduz o risco de afogamento?

• ❌ A) Aumentar a densidade do conjunto pessoa-vestimenta — O colete reduz a densidade média, não a aumenta; elevar a densidade afundaria o usuário.
• ❌ B) Diminuir a força de empuxo atuante sobre o corpo — O colete visa aumentar, não diminuir, o empuxo para manter a pessoa à tona.
• ❌ C) Neutralizar o peso aparente do corpo submerso — O colete não neutraliza totalmente o peso; ele aumenta o empuxo, mas o peso real persiste.
• ✅ D) Aumentar o volume de água deslocado pelo corpo — O colete aumenta o volume sem massa extra, elevando o empuxo acima do peso e promovendo a flutuação.
• ❌ E) Reduzir a massa total do praticante na água — O colete adiciona massa pequena; o foco é aumentar o volume deslocado, não reduzir a massa.

Dica de resolução: lembre-se do princípio de Arquimedes e de como o volume deslocado afeta a força de empuxo. Conceito central: princípio de Arquimedes e empuxo. BNCC: EM13CNT306. Bloom: Lembrar.

Questão 6: carrinho de combate a incêndios e propulsão

Em uma atividade de demonstração de propulsão realizada em um centro brasileiro de divulgação científica, um carrinho de combate a incêndios, inicialmente em repouso sobre uma superfície horizontal de baixo atrito, ejeta água por uma mangueira voltada para trás. A água é expelida com velocidade de 20 m/s em relação ao carrinho, e a vazão mássica — massa de água ejetada por unidade de tempo — é de 0,80 kg/s. O conjunto carrinho mais equipamentos tem massa constante de 1,20 × 10³ kg durante o intervalo analisado. Despreze forças horizontais externas, como o atrito, e considere apenas a força de reação associada à ejeção da água. Nesse modelo, o módulo do empuxo é dado por F = u · ṁ. Com base no texto, qual alternativa apresenta corretamente o módulo do empuxo exercido sobre o carrinho e o módulo de sua aceleração instantânea, calculada por a = F/M?

• ❌ A) Empuxo F = 16 N; aceleração a = 1,33 × 10⁻³ m/s², para frente, na direção oposta à ejeção. — O empuxo está correto, mas a massa foi tratada como 1,20 × 10⁴ kg, deslocando o expoente em uma ordem de grandeza.
• ❌ B) Empuxo F = 16 N; aceleração a = 1,33 × 10⁻² m/s², para trás, no mesmo sentido da ejeção. — Os módulos estão corretos, mas o sentido foi invertido; pela terceira lei de Newton, a reação aponta para frente.
• ❌ C) Empuxo F = 20 N; aceleração a = 1,67 × 10⁻² m/s², para frente, na direção oposta à ejeção. — Usa apenas F = u, sem multiplicar pela vazão mássica, o que a expressão do texto exige.
• ❌ D) Empuxo F = 0,64 N; aceleração a = 5,33 × 10⁻⁴ m/s², para frente, na direção oposta à ejeção. — Corresponde a ṁu², e não à relação indicada no texto, F = u · ṁ.
• ✅ E) Empuxo F = 16 N; aceleração a = 1,33 × 10⁻² m/s², para frente, na direção oposta à ejeção. — F = u · ṁ = 20 · 0,80 = 16 N; a = F/M = 16/(1,20 × 10³) = 1,33 × 10⁻² m/s². Como a água é ejetada para trás, a reação sobre o carrinho ocorre para frente.

Dica de resolução: aplique a fórmula do empuxo e a segunda lei de Newton. Conceito central: empuxo e aceleração. Conceito para revisão: leis de Newton e cálculo de forças. BNCC: EM13CNT101. Bloom: Avaliar.

Como eu avalio empuxo na prática?

Na minha experiência, a melhor avaliação de empuxo mistura três tipos de questão: uma de cálculo direto, uma de interpretação de situação real e uma de análise de gráfico ou figura. Assim o aluno não decora a fórmula e ainda precisa entender o fenômeno. Costumo dar cerca de cinco a oito questões em uma prova de 50 minutos, equilibrando os níveis de dificuldade.

• Uma questão de cálculo com valores simples, para treinar a fórmula.
• Uma questão contextualizada, como o colete ou o caiaque.
• Uma questão de análise, comparando dois cenários, como o peixe subindo ou descendo.

Depois da correção, eu peço que os alunos reescrevam com as próprias palavras a diferença entre empuxo e peso. Essa atividade simples revela muito mais do que a nota.

O empuxo cai no ENEM e nos vestibulares?

Sim, o tema aparece com frequência em provas de física, principalmente em questões que exigem interpretar uma situação do cotidiano, como embarcações, balões e mergulho. Por isso, vale treinar não só a fórmula, mas também a leitura cuidadosa do enunciado, identificando o que está sendo comparado e qual grandeza muda.

Se quiser montar uma bateria de exercícios com esse foco, o cadastro grátis no GeraProva permite gerar questões nesse formato em poucos minutos, com dificuldade e BNCC já indicadas.

Qual é a melhor forma de fixar o conceito de empuxo?

Minha recomendação final é combinar experimento, cálculo e discussão. Faça a demonstração com o ovo e o sal, peça que os alunos façam previsões antes de testar, calculem o empuxo e expliquem o resultado usando o princípio de Arquimedes. Esse ciclo costuma fixar o conceito muito melhor do que uma lista de exercícios isolada.

Este conteúdo foi pensado para apoiar sua rotina, mas cada turma tem seu ritmo. Se quiser testar o GeraProva com as suas próprias questões e ver como ele economiza tempo na preparação, o GeraProva tem uma versão gratuita para você experimentar. Não deixe de comparar com o seu material e ajustar do jeito que funciona na sua sala.