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Mecânica dos Fluidos Empuxo “Todo corpo mergulhado num fluido (líquido ou gás) sofre, por parte do fluido, uma força vertical para cima, cuja intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo”. Arquimedes (287 a.C_ 212 a.C) Introdução: Quando uma pessoa está mergulhada nas águas de uma piscina ou no mar, sente-se mais leve, como se o líquido estivesse empurrando seu corpo para cima, aliviando seu peso. Realmente seu corpo está sendo empurrado por uma força atuante no líquido (aqui no caso a água), lembre que a pressão aumenta com a profundidade o que ocasiona uma força resultante agindo no sentido vertical para cima. A essa força dá-se a denominação de Empuxo. Foi isso que Arquimedes descobriu quando o rei de Siracusa lhe pediu para descobrir se a coroa que havia encomendado era somente de ouro, também quando se banhava viu que o volume de água aumentava quando entrava na banheira. Portanto, num corpo que se encontra submerso em um líquido, agem duas forças: a força peso devido à interação com o campo gravitacional terrestre, e a força de empuxo sua interação com o líquido.
, devido à
Para um corpo em equilíbrio no líquido temos que o Empuxo é igual ao peso do volume de fluido deslocado, assim:
onde é a densidade absoluta do líquido, é a aceleração gravitacional e V o volume deslocado de líquido. Observação: frequentemente é necessário aplicar a definição que relaciona o litro com o sistema métrico (SI): 1 litro = 1dm3. No nosso experimento temos duas atividades:
1ª Atividade Objetivo: verificar pelo pela ação do Empuxo o volume de líquido deslocado por uma peça de metal. Comparar com o volume calculado. Material utilizado: - um becker com água. Observe a escala métrica impressa no becker. - uma peça de metal. - fio de massa desprezível. •Procedimento 1: -Com o paquímetro realize as medidas da peça cilíndrica. O cálculo do volume da peça deve ser registrada no relatório (sem propagação de erro). Registre no relatório. •Procedimento 2: -Prender a peça ao fio fornecido e mergulhe na água dentro do becker sem deixar que a peça chegue ao fundo. Observe e meça o volume deslocado realizando a leitura do mesmo na escala impressa no becker. Registre. Para o relatório compare os valores obtidos pelos dois procedimentos. Tome o volume calculado como sendo o valor de referência. Utilize o erro relativo percentual para esta etapa. Registre suas observações. 2ª Atividade: Objetivo; constatar a ação do Empuxo Material utilizado: - um becker com água - um cilindro de Arquimedes - um suporte com haste, tripé e sapata niveladora. - um dinamômetro tubular. - um êmbolo. Procedimento: - Pendurar o dinamômetro na haste previamente calibrado, na posição vertical; - Pendure o cilindro juntamente com o êmbolo no dinamômetro e verifique o Peso Real (Pr) do conjunto e registre; - Encher o becker de água de maneira que não transborde. Retire o êmbolo do cilindro pendure-o abaixo do cilindro. a) Lentamente mergulhe o êmbolo até a sua metade na água. Nesta situação faça novamente a leitura do valor indicado no dinamômetro e registre o valor. Repita o processo 03 (três) vezes e registre os valores de todas as leituras.
b) mergulhar o êmbolo até que fique totalmente submerso no líquido mas não deixe tocar o fundo. Nesta situação faça novamente a leitura no dinamômetro e registre. Repita esse procedimento 03 (três) vezes e registre os valores de todas as leituras. Para o relatório 1) Compare os dois procedimentos para medir o volume da peça metálica. Utilize o erro relativo percentual. 2) Justifique a aparente diminuição da força peso ao mergulhar o cilindro parcialmente no líquido. Lembrando que 3) Ao mergulhar totalmente o cilindro, o que aconteceu com o valor lido no dinamômetro? Justifique. 4) Na situação do cilindro totalmente submerso em água você verificou e registrou as medidas. Pelo valor médio do peso aparente calcule o valor do empuxo que atua sobre o cilindro. Dê o resultado em newtons considerando que g =10m/s2. 3) Após a submersão total, o que acontece se afundarmos o cilindro um pouco mais, isto é, movimentá-lo na direção vertical em sentido ao fundo do recipiente sem encostá-lo no fundo do becker? Explique. 4) Na sua opinião em qual das peças maciças atua um empuxo de maior intensidade, na peça metálica ou no êmbolo? Justifique.
Considerações -Não utilizar o dinamômetro além de sua capacidade máxima. - Não soltar o dinamômetro bruscamente quando estendido. - Anotar a precisão e erro das escalas de medida.
Anexos
Becker
