Arquimedes foi possivelmente o maior cientista do mundo, pelo menos o maior da era clássica

Uma estátua de Arquimedes em uma banheira demonstra o princípio da força de empuxo. Localizado no Madatech, Museu Nacional de Ciência, Tecnologia e Espaço de Israel em Haifa. Crédito da imagem: Andrii Zhezhera/Shutterstock

Foi físico, matemático, astrônomo, inventor e engenheiro. Muitas de suas invenções, teorias e conceitos ainda estão em uso hoje. Talvez sua realização mais conhecida tenha sido seu momento "Eureka" (Eureca), quando descobriu o princípio da flutuabilidade.

BIOGRAFIA

Arquimedes viveu em Siracusa, na ilha da Sicília, no século III a.C. Naquela época, Siracusa era uma das cidades mais influentes do mundo antigo, segundo a Scientific American. Navios mercantes do Egito, Grécia e Fenícia encheram o porto da cidade-estado. Foi também um centro de comércio, arte e ciência, de acordo com o Palimpsesto de Arquimedes.

Depois de estudar geometria e astronomia em Alexandria, o "maior centro intelectual do mundo antigo", segundo a Scientific American, Arquimedes se estabeleceu em Siracusa para seguir uma vida de pensamento e invenção.

Uma de suas invenções foi o parafuso de Arquimedes. Este dispositivo usa um saca-rolhas com um tubo oco. Quando o parafuso gira, a água é puxada para cima do tubo. Foi originalmente usado para esvaziar a água do mar do casco de um navio. Ainda hoje é usado como método de irrigação em países em desenvolvimento, de acordo com o Palimpsesto de Arquimedes.

Arquimedes disse a famosa frase: "Dê-me uma alavanca e um ponto de apoio, e eu moverei o mundo". Essa pretensão jactanciosa expressa o poder de alavancagem, que, pelo menos figurativamente, move o mundo. Arquimedes percebeu que, para realizar a mesma soma ou trabalho, pode-se fazer um trade-off (é uma expressão em inglês que significa o ato de escolher uma coisa em detrimento de outra e muitas vezes é traduzida como "perde-e-ganha") entre força e distância usando uma alavanca. Sua Lei da Alavanca afirma: "As magnitudes estão em equilíbrio a distâncias reciprocamente proporcionais aos seus pesos", de acordo com "Arquimedes no século 21", um livro virtual de Chris Rorres, da Universidade de Nova York. 

Arquimedes também concebeu defesas para Siracusa contra exércitos invasores. Ele fortaleceu os muros de Siracusa e construiu máquinas de guerra. Suas obras detiveram os romanos por dois anos. No entanto, em 212 a.C., as forças sob o general Marcellus ultrapassaram a cidade. 

Marcellus tinha respeito por Arquimedes e enviou soldados para buscá-lo para que ele pudesse conhecer o famoso matemático. De acordo com o Palimpsesto de Arquimedes, ele estava tão focado em resolver um problema matemático que não sabia que os romanos haviam invadido a cidade. Quando um soldado lhe disse para acompanhá-lo para ver o general, Arquimedes disse-lhe para ir embora. O soldado enfurecido o derrubou. Marcellus ordenou que Arquimedes fosse enterrado com honras. A lápide de Arquimedes foi gravada com a imagem de uma esfera dentro de um cilindro, ilustrando um de seus tratados geométricos.

O princípio de Arquimedes: A força de empuxo (para cima) agindo em um objeto é igual ao peso (força para baixo) do fluido deslocado. Crédito da imagem: Designua/Shutterstock

'EUREKA! EUREKA!'

Arquimedes entrou para a história como o cara que corria nu pelas ruas de Siracusa gritando "Eureka!" - “Encontrei ou descobri!" em grego. A história por trás desse evento era que Arquimedes foi encarregado de provar que uma nova coroa feita para Hieron, o rei de Siracusa, não era ouro puro como o ourives havia afirmado. A história foi escrita pela primeira vez no primeiro século a.C. por Vitruvius, um arquiteto romano. 

Arquimedes pensou muito, mas não conseguiu encontrar um método para provar que a coroa não era de ouro maciço. Logo depois, ele encheu uma banheira e notou que a água derramou pela borda ao entrar e percebeu, que, a água deslocada por seu corpo era igual ao peso de seu corpo. Sabendo que o ouro era mais pesado do que outros metais que o fabricante da coroa poderia ter substituído, Arquimedes tinha seu método para determinar que a coroa não era de ouro puro. Esquecendo-se de que estava despido, saiu correndo nu pelas ruas de sua casa até o rei gritando "Eureka!"  

O PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES

De acordo com Boundless, o princípio de Arquimedes afirma que a força de empuxo em um objeto submerso em um fluido é igual ao peso do fluido que é deslocado por esse objeto. 

Se um copo for enchido até o topo com água e, em seguida, cubos de gelo forem adicionados a ele, o que acontece? Assim como a água derramou pela borda quando Arquimedes entrou em sua banheira, a água do copo transbordará quando cubos de gelo forem adicionados a ele. Se a água derramada fosse pesada (o peso é uma força para baixo), seria igual à força para cima (flutuante) sobre o objeto. A partir da força de empuxo, o volume ou densidade média do objeto pode ser determinado. 

Arquimedes conseguiu determinar que a coroa não era de ouro puro devido ao volume da água deslocada, porque embora o peso da coroa fosse idêntico ao peso do ouro que o rei deu ao criador da coroa, o volume era diferente devido as várias densidades dos metais.

USOS DO PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES 

O princípio de Arquimedes é uma ferramenta muito útil e versátil. Pode ser útil para medir o volume de objetos irregulares, como coroas de ouro, além de explicar o comportamento de qualquer objeto colocado em qualquer fluido. O princípio de Arquimedes descreve como os navios flutuam, os submarinos mergulham, os balões de ar quente voam e muitos outros exemplos, de acordo com a Science Clarified. O princípio de Arquimedes também é usado em uma grande variedade de assuntos de pesquisa científica, incluindo medicina, engenharia, entomologia, engenharia e geologia.

O parafuso de Arquimedes é uma máquina usada para transferir água de um corpo de água baixo para valas de irrigação. Crédito da imagem: Nor Gal/Shutterstock

PESQUISA ATUAL

Volumes/densidades ósseas

O princípio de Arquimedes tem muitos usos no campo médico e odontológico e é usado para determinar as densidades de ossos e dentes. Em um artigo de 1997 publicado na revista Medical Engineering & Physics, os pesquisadores usaram o princípio de Arquimedes para medir o volume da parte esponjosa interna do osso, também conhecida como osso esponjoso. A fração de volume do osso esponjoso pode ser usada em vários estudos de idade e saúde, inclusive sendo um índice em estudos de envelhecimento, osteoporose, resistência óssea, rigidez e estudos de elasticidade. Vários métodos usando o princípio de Arquimedes foram testados para aumentar a reprodutibilidade das medições: Um onde o osso foi submerso em água destilada, outro onde o osso foi submerso em uma solução de água e surfactante e um terceiro onde o osso foi colocado em um recipiente onde as mudanças nas pressões do gás foram registradas.

Um artigo publicado em 2017 na revista Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, Oral Radiology é de natureza semelhante ao artigo anterior onde vários métodos foram usados para determinar a reprodutibilidade, um dos quais foi usando o princípio de Arquimedes. O princípio de Arquimedes foi comparado com o uso de tomografia computadorizada de feixe cônico (TCFC) para medir o volume dos dentes. Os testes comparando o princípio de Arquimedes e as medidas de TCFC mostraram que esta última seria uma ferramenta precisa no planejamento de procedimentos odontológicos.

Submarinos

Um projeto simples, confiável e econômico para um submarino descrito em um artigo de 2014 na revista Informatics, Electronics and Vision é baseado no princípio de Arquimedes. Os submarinos, segundo os autores, são projetados para viajar completamente submersos e contam com o princípio de Arquimedes para manter uma profundidade constante. O projeto deste protótipo de submarino utiliza cálculos envolvendo a massa, densidade e volume tanto do submarino quanto da água deslocada para determinar o tamanho necessário do tanque de lastro, que determinará a quantidade de água que pode enchê-lo e, portanto, a profundidade em que o submarino pode mergulhar.

Insetos que andam na água

Embora o princípio de Arquimedes seja usado no projeto de submarinos para ajudá-los a mergulhar e ressurgir, também explica o motivo pelo qual alguns insetos podem andar sobre a água. Em um estudo de 2016 publicado na Applied Physics Letters, os pesquisadores usaram um método de medição de sombras criadas pelos caminhantes aquáticos para medir as curvaturas na superfície da água. Esses mergulhos podem então ser usados para derivar o volume de água que foi deslocado, levando à força usada para manter os insetos flutuando. Os autores disseram que há um grande interesse em entender a física por trás dos insetos que andam na água para criar robôs biomiméticos que andam na água.

Geologia

Um artigo publicado em 2012 na Soft Matter descreve uma visão mais aprofundada do princípio de Arquimedes, que os autores chamam de Princípio de Arquimedes Generalizado. O princípio de Arquimedes, como é normalmente usado, só pode ser usado como uma aproximação em muitos casos de estudo de perfis de sedimentação, enquanto o princípio generalizado pode explicar fenômenos como partículas mais densas flutuando em cima de um fluido leve. O ponto chave dos autores está nas perturbações de densidade que são induzidas pelas partículas suspensas no fluido, o que não é levado em conta no uso tradicional do princípio de Arquimedes, e uma nova abordagem do princípio de Arquimedes é derivada.

RECURSOS ADICIONAIS:

• Scientific American: Moedas de Arquimedes "Eureka!" no Nu - e outros momentos loucos Ah-Ha da ciência
• NYU: Arquimedes e a Coroa de Ouro
• O Palimpsesto de Arquimedes: Arquimedes de Siracusa

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Referência:

ROSS, Rachel. Eureka! The Archimedes Principle. Live Science, Nova York, 25, abril 2017. Disponível em: <https://www.livescience.com/58839-archimedes-principle.html>. Acesso em: 30, mai. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.