Por que um parafuso afunda na água, mas um navio flutua?

Muitas perguntas feitas por alunos do ensino fundamental são esquecidas à medida que envelhecemos, e certos princípios científicos básicos acabam se perdendo no tempo. Por isso, às vezes vale à pena deixar de lado, por uns momentos, conceitos complexos sobre física quântica e responder a algumas perguntas mais “pé no chão”, no caso de hoje, na água: por que um parafuso afunda no mar, e um navio de muitas toneladas flutua?

Esse “mistério” pode ser explicado pelas forças do empuxo e da densidade, que por sua vez estão diretamente ligadas ao chamado Princípio de Arquimedes, o matemático e físico grego que, no século III a.C., explicou: "Um corpo total ou parcialmente submerso em um fluido em repouso é empurrado para cima por uma força igual ao peso do fluido deslocado por esse corpo".

Conforme o escritor romano Vitruvio, Arquimedes meditava dentro de uma banheira sobre como pesar a coroa do rei Hierão II de Siracusa, quando percebeu que a quantidade de água que transbordava de sua banheira era proporcional ao volume do seu corpo submerso. Fascinado, ele teria saído nu pelas ruas, gritando "Eureka!" (descobri, em grego).

Entendendo o empuxo 

O empuxo é uma força para cima que atua sobre qualquer objeto imerso em um fluido (água, ar ou outros). Essa força tem origem na pressão existente dentro do fluido, ou seja, é maior quanto mais fundo você penetra. Isso porque a pressão sobre a parte inferior de um objeto mergulhado no fluido é maior do que em sua parte superior, provocando a força ascendente.

De acordo com o princípio de Arquimedes, um corpo total ou parcialmente submerso em um fluido é impulsionado para cima por uma força de empuxo equivalente ao peso do fluido que ele desloca. Isso significa que, se o empuxo for maior ou igual ao peso do objeto, este flutuará; mas, se o empuxo for menor que o peso do objeto, ele irá afundar. 

Ou seja, objetos mais densos do que a água (na superfície) afundam sempre.

Como funciona a densidade?

Dito de outra forma, a densidade do objeto e a densidade do fluido no qual foi imerso determinam se ele irá afundar ou flutuar. A fórmula da densidade é igual à massa do objeto dividida pelo seu volume. Se a densidade do objeto for menor que a do fluido, o objeto deslocará substância líquida suficiente para criar uma força de empuxo capaz de fazê-lo flutuar. Se a densidade do objeto for maior que a do fluido, ele afunda.

Isso explica porque o suposto parafuso afunda: porque ele é mais denso do que a água do mar. Mas, o que dizer de um navio de aço carregado de contêineres, por exemplo?

Logicamente, todo o aço empregado na construção de navios tem uma densidade muito maior do que a água, assim como a carga que ele transporta. Por isso, o meio de transporte é construído com um tipo de design que desenvolve casco e compartimentos internos contendo ar e outros materiais menos densos, de forma a reduzir sua densidade média, tornando-a menor que a da água.