O que é o empuxo? Entenda com exemplos e questões resolvidas

Todo ano, quando chego na aula de hidrostática, aparece aquela cara de dúvida: "professor, por que o navio não afunda se ele é pesado?". Já ouvi essa pergunta em turmas de oitavo ano e de terceiro médio, e a resposta quase sempre depende de uma única ideia: o empuxo.

Nesta página eu conto como costumo introduzir o tema na minha turma, mostro a fórmula, passo a passo de resolução e deixo seis questões resolvidas com gabarito comentado. Se você quer montar uma lista rápida sobre o assunto, o GeraProva ajuda bastante nessa parte.

O que é o empuxo?

O empuxo é a força vertical, de baixo para cima, que um fluido exerce sobre um corpo nele imerso. Ele surge porque a pressão do líquido aumenta com a profundidade, então a parte de baixo do objeto recebe uma pressão maior que a de cima. A diferença dessas pressões resulta numa força resultante voltada para cima. Na prática, o empuxo é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo, e essa é a essência do princípio de Arquimedes. Quando o empuxo supera o peso, o corpo sobe; quando é menor, o corpo afunda; quando são iguais, o corpo fica em equilíbrio.

A fórmula do empuxo

Costumo escrever no quadro: E = ρ · V · g, em que ρ é a densidade do fluido, V é o volume de fluido deslocado pelo corpo e g é a aceleração da gravidade. Repare que o empuxo não depende da massa do objeto nem da sua forma, mas sim do volume submerso e da densidade do líquido. Essa é a parte que mais confunde os alunos.

Empuxo e peso: quando o corpo flutua?

• E > P: o corpo sobe até emergir parcialmente.
• E = P: o corpo flutua em equilíbrio, totalmente ou parcialmente submerso.
• E < P: o corpo afunda.

Como ensinar empuxo na prática?

Na minha experiência, a aula funciona melhor quando começo com um experimento simples: um copo com água, uma pedra pequena e um pedaço de isopor. Peço que os alunos prevejam o que vai acontecer antes de soltar cada objeto. Depois peço que comparem as previsões com o resultado e levantem hipóteses sobre o volume deslocado. Em duas aulas, a maioria já entende a diferença entre densidade do objeto e densidade do fluido.

Depois do experimento, trabalho com cálculos. Começo com exemplos de volume conhecido e vou aumentando a complexidade. É aqui que uma base de questões bem organizada faz diferença. No cadastro grátis do GeraProva você já sai com listas prontas para usar e pode ajustar dificuldade e nível de Bloom sem perder tempo.

Quais erros mais aparecem nas provas de empuxo?

Em mais de cinquenta correções de provas que já fiz, os erros mais recorrentes foram três. O primeiro é usar a massa do corpo no lugar do volume de fluido deslocado. O segundo é esquecer a conversão de unidades, como trabalhar com centímetros cúbicos sem converter para metros cúbicos. O terceiro é confundir a condição de flutuação, achando que o corpo flutua porque é "leve", quando na verdade a comparação é entre empuxo e peso.

Quantas questões usar para fixar o conceito?

Minha regra prática é entre seis e oito questões por aula, misturando cálculos diretos com interpretação. Questões de fácil resolução servem para checar a fórmula; as de nível médio e difícil exigem raciocínio sobre equilíbrio de forças e sobre variações de volume. Abaixo você encontra seis questões reais, com gabarito comentado, para testar em sala.

Questões prontas com gabarito comentado

Caiaque com praticante: afunda ou flutua?

Um caiaque com praticante total de massa 80 kg desloca 0,05 m³ de água. Dado ?=1000 kg/m³ e g = 10 m/s², calcule o empuxo E = ?·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 volume de água deslocado corretamente.
• ✅ B) Empuxo = 500 N; Peso = 800 N → empuxo < peso, portanto afunda. — E = 1000·10·0,05 = 500 N; P = 80·10 = 800 N; como E < P, não há equilíbrio, o caiaque afunda.
• ❌ C) Empuxo = 300 N; Peso = 800 N — O valor do empuxo foi calculado errado; deveria ser maior, dado o volume deslocado.
• ❌ D) Empuxo = 800 N; Peso = 500 N — Erro na substituição; as fórmulas e valores foram aplicados incorretamente.
• ❌ E) Empuxo = 500 N; Peso = 200 N — O peso está muito baixo e 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: flutuabilidade.

Bloco de madeira de 2 kg que flutua em água

Um bloco de madeira de 2 kg flutua em água. Calcule a força de empuxo sobre o bloco. (Densidade da água = 1000 kg/m³)

• ❌ A) 10 N — Cálculo correto seria E = 1000 · 10 · 0,002 = 20 N.
• ✅ B) 20 N — Cálculo do volume submerso é o ponto central; com E = 1000·10·0,002 = 20 N, o empuxo equilibra o peso do bloco.
• ❌ C) 5 N — Valor da densidade ou do volume foi subestimado.
• ❌ D) 15 N — O cálculo não considera a densidade correta da água.
• ❌ E) 25 N — Valor da força de empuxo está incorreto.

Dica de resolução: use E = densidade da água × volume deslocado × gravidade. Conceito central: força de empuxo. Conceito para revisão: como calcular o volume de um corpo que flutua.

Caixa flutuante: empuxo máximo, flutuação e fração submersa

Uma caixa flutuante tem massa total m = 300 kg e volume externo V = 0,50 m³. Colocada em água (?_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 = ?_fluid·V_displaced·g e peso P = m·g.

• ❌ A) E_max = 7,0×10³ N — Valor maior que o correto; não corresponde ao cálculo.
• ❌ 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 = 60%.
• ❌ E) Fração submersa = 90% — O cálculo da fração é P/E_max, que resulta em 60%, não 90%.

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

Colete salva-vidas numa travessia de rio

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 ?água = 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 = ?·V·g; peso: P = M·g).

• ❌ A) O colete flutua com E = 400 N — Confunde empuxo e peso; E < P resulta em afundamento.
• ❌ B) Empuxo E = 300 N — Cálculo incorreto de E, sem considerar o volume e a densidade da água corretamente.
• ❌ C) Peso P = 500 N — Peso calculado incorretamente; a multiplicação não foi feita corretamente.
• ✅ 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. — Para equilibrar E = P é preciso V = P/(?·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.

Carrinho de combate a incêndios: empuxo como reação à ejeção de água

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 ao calcular a aceleração, 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 sobre o carrinho 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 a velocidade de ejeção, F = u, sem multiplicá-la pela vazão mássica; a expressão exige o produto entre u e ṁ.
• ❌ D) Empuxo F = 0,64 N; aceleração a = 5,33 × 10⁻⁴ m/s², para frente, na direção oposta à ejeção. — Corresponde a F = ṁu², em vez da relação correta F = u · ṁ.
• ✅ E) Empuxo F = 16 N; aceleração a = 1,33 × 10⁻² m/s², para frente, na direção oposta à ejeção. — ṁ = 0,80 kg/s e u = 20 m/s, logo F = 20 · 0,80 = 16 N. Pela segunda lei de Newton, a = 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.

Peixe com bexiga natatória: por que ele sobe?

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). Na situação descrita, o módulo do empuxo aumenta, porque (UNESP - 2012).

• ❌ A) é inversamente proporcional à variação do volume do corpo do peixe. — O empuxo é diretamente proporcional ao volume submerso, não inversamente.
• ❌ B) a intensidade da força peso, que age sobre o peixe, diminui significativamente. — A força peso praticamente não se altera, pois a massa do peixe permanece quase constante.
• ❌ C) a densidade da água na região ao redor do peixe aumenta. — A densidade da água não muda nesse processo; o empuxo depende do volume de água deslocada.
• ❌ 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 até 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 e empuxo em fluidos.

Vale a pena testar no seu planejamento?

Minha recomendação é começar com as questões de cálculo direto e só depois avançar para as de interpretação, como a do carrinho e a do peixe. Assim o aluno não se perde na fórmula e ainda consegue pensar no fenômeno.

Se você quer montar listas assim para as suas turmas sem passar horas digitando, experimente o GeraProva. Crie uma conta gratuita, peça uma lista sobre empuxo ou hidrostática e ajuste o nível conforme sua turma. Eu economizo bastante tempo com isso, mas o mais importante é testar com seus alunos e ver o que funciona.