Mistério da ampulheta

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Apresentação
Se pusermos uma pequena ampulheta num estreito tubo contendo água, ela continuará a flutuar se invertermos o tubo? Vale a pena experimentar!

Material
Pequena ampulheta (adquirida nas lojas de R$ 1,99); tubo de vidro ou plástico transparente (onde a ampulheta entra com alguma folga); tampões para o tubo e água.

Montagem

Ao inverter o tubo, a areia que inicialmente estava na parte inferior da ampulheta estará agora na parte superior. Mas o peso da ampulheta, assim como seu volume, são os mesmos que na situação anterior, e portanto ela deveria vir a flutuar na extremidade superior do tubo. Em vez disso ela permanecerá no fundo até que toda a areia 'escoe' para a parte de baixo da ampulheta. Por quê? O empuxo da água sobre a ampulheta depende do fato da areia estar na parte de baixo ou na de cima?

Explicando
A resposta é bem simples e, talvez, isso seja o surpreendente da coisa. O empuxo da água sobre a ampulheta é o mesmo nos dois casos, independente do fato de estar lá em cima ou aqui em baixo ou da posição da areia dentro dela, porque o volume externo não se altera (e esse é quem determina o valor do empuxo). Mas quando a ampulheta está invertida, inclina-se sobre o lado do tubo (pois a simetria da ampulheta e da areia nunca é perfeita), e o atrito não a deixa subir. Quando a areia está totalmente na parte de baixo, o torque do peso 'apruma' a ampulheta e a desencosta do tubo. Como a resultante das forças sobre a ampulheta é vertical para cima (pois o empuxo é maior que o peso), ela sobe.