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Comprovação experimental do empuxo
Objetivos
Identificar o empuxo como a aparente diminuição da força peso de um corpo submerso num líquido.
Material necessário:
Dinamômetro
Copo de Becker
Régua metálica
Balança
Corpos de prova diversos (6 corpos cilindrícos)
Água
Procedimento experimental
Primeiramente calibramos o dinamômetro para medidas na posição vertical e verificamos o peso de cada corpo de prova com auxílio do dinamômetro graduado. Logo após, enchemos o copo de Becker com água e submergimos cada corpo de prova, então encaixamos o dinamômetro em sua extremidade e observamos o peso aparente desse corpo submergido.
Posteriormente, com o auxílio de uma balança averiguamos a massa de cada corpo de prova, para posteriormente fazer os cálculos de densidade. Logo em seguida, com a régua metálica medimos o diâmetro dos corpos eu eram todos cilíndricos e as suas alturas para depois fazermos o cálculo de seu volume.
Introdução
Empuxo
O Empuxo representa a força resultante exercida pelo fluido sobre um corpo. Como tem sentido oposto à força Peso, causa o efeito de leveza no caso da piscina.
A unidade de medida do Empuxo no SI é o Newton (N).
Figura 00. Forças atuantes pelo fluido e pelo corpo.
Princípio de Arquimedes
Foi o filósofo, matemático, físico, engenheiro, inventor e astrônomo grego Arquimedes (287a.C. - 212a.C.) quem descobriu como calcular o empuxo.
Arquimedes descobriu que todo o corpo imerso em um fluido em equilíbrio, dentro de um campo gravitacional, fica sob a ação de uma força vertical, com sentido oposto à este campo, aplicada pelo fluido, cuja intensidade é igual a intensidade do Peso do fluido que é ocupado pelo corpo.
Assim:
onde:
=Empuxo (N)
=Densidade do fluido (kg/m³)
=Volume do fluido deslocado (m³)
g=Aceleração da gravidade (m/s²)
Peso Aparente
Conhecendo o princípio de Arquimedes podemos estabelecer o conceito de peso aparente, que é o responsável, no exemplo dado da piscina, por nos sentirmos mais leves ao submergir.
Peso aparente é o peso efetivo, ou seja, aquele que realmente sentimos. No caso de um fluido:
Resultados e Discussões
Com o auxílio do dinamômetro calibrado para medidas na posição vertical verificamos os seguintes pesos para os 6 corpos de prova.
P1= 1,16N P2=0,88N P3= 0,72N
P4= 0,78N P5= 0,74N P6= 0,46N
Obs.: o corpo 6 é o corpo 5 sem a sua capa envoltória.
As massas verificadas na balança foram às seguintes:
M1= 115,6g M2= 87,6g M3= 69,8g
M4= 75,3g M5= 70,4g M6= 44,9g
Com o auxílio da régua metálica medimos as dimensões dos corpos cilíndricos (altura h, e diâmetro 2r) para calcularmos os volumes a partir da fórmula:
V1= π(12,5)² x 30 V2= π(9)² x 40 V3= π(12,5)² x 50
V1= 4.687,5 π mm³ V2= 3.240,0 π mm³ V3= 7.812,5 π mm³
V1= 14.726,2 mm³ V2= 10.178,7 mm³ V3= 24.543,6 mm³
V4= π(16,5)² x 78 V5= π(17,5)² x 69 V6= π(12,5)² x 67
V4= 21.235,5 π mm³ V5= 21.131,2π mm³ V6=10.468,7 π mm³
V4= 66.713,2 mm³ V5= 66.385,6 mm³ V6= 32.888,3 mm³
A partir desses dados, calculamos a densidade dos corpos de prova a partir da fórmula:
D1= 0,00784 9g/mm³ D2= 0,008600 g/mm³ D3= 0,002843 g/mm³
D4= 0,001128 g/mm³ D5= 0,001060 g/mm³ D6= 0,001365 g/mm³
Com os corpos submerses anotamos os seguintes pesos aparentes:
Pap1= 1,02N Pap2= 0,76N Pap3= 0,46N
Pap4= 0,14N Pap5= 0,10N Pap6= 0,08N
Com isso, é possível calcular a força de empuxo por meio da fórmula do peso aparente mostrada anteriormente:
Assim,
Pap1 = P1 – E1 Pap2= P2 – E2 Pap3= P3 – E3
1,02= 1,16 – E1 0,76= 0,88 – E2 0,46= 0,72 – E3
E1= 1,16 – 1,02 E2= 0,88 – 0,76 E3= 0,72 – 0,46
E1= 0,14N E2= 0,12N E3= 0,26N
Pap4= P4 – E4 Pap5= P5 – E5 Pap6= P6 – E6
0,14= 0,78 – E4 0,10= 0,74 – E5 0,08= 0,46 – E6
E4= 0,78 – 0,14 E5= 0,74-0,10 E6= 0,46-0,08
E4= 0,64N E5= 0,64N E6= 0,38N
Conclusão
Percebe-se que quanto maior a densidade menor é o valor do empuxo.
