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Alunos: Rodrigo Santos (Nº. 23) e Péricles Oliveira (Nº. 17) Turma: 9821 - Disciplina: Física (Laboratório) Orientador: Jonas Abuchacra de Barros
Relatório Experimental Temas: Empuxo e Flutuação dos Corpos
Salvador, 28 de Abril de 2010
Experiência 01: Empuxo Objetivo: Verificar experimentalmente a atuação do empuxo sobre um corpo totalmente imerso em um líquido (especificamente, água). E conseguintemente, observar a variação do peso de um corpo em fluidos diferentes. Fundamentação Teórica: Quando retiramos algo de dentro de um vasilhame cheio de água ou até mesmo quando estamos brincando dentro de uma piscina, temos a incrível sensação de que o que está mergulhado na água está mais leve. Parece ser estranha tal sensação? Por que tal fato ocorre? Será mágica? Não, não é mágica. Tal fato ocorre devido à ação de uma força vertical dirigida para cima. Essa força é denominada de empuxo. Isto ocorre, pois todo corpo mergulhado em um fluido sofre a ação de uma força vertical para cima, o empuxo, igual ao peso do líquido deslocado, então, a impressão que nós temos do corpo ser mais leve, é chamado de peso aparente, que resulta da subtração entro o peso real menos o empuxo.
Material utilizado:
01 pé de 28 cm 01 barra de 100 cm 01 barra de 25 cm 01 presilha universal 01 dinamômetro (graduado em gf) 01 Becker de 900 ml 01 balança de pratos planos 01 jogo de pesos 01 corpo de massa e volume desconhecidos 01 massa de 1 kg Procedimento Experimental: Parte 1: Colocamos a massa de 200g (200gf) na extremidade do dinamômetro e determinamos o peso do corpo registrado no mesmo: (Lembramos que 1kgf=9,81N) P= 190 gf = 0,19 Kgf. = 1,86N Introduzimos o corpo na água até que ele ficasse totalmente imerso e registramos o peso aparente (Pap); este peso é a resultante das forças atuantes sobre o corpo (Empuxo e Peso).
Pap= 160 gf = 0,16 Kgf. = 1,57N Concluímos, então, que a grandeza (P-Pap) representa o empuxo que é dado por: E= PPap = 190 gf-160 gf= 30 gf (Esta grandeza também pode ser representada em Newton por aproximadamente 0,29 N, visto que 0,03 kgf.*9,81 = 0,2943) Confira na tabela abaixo o calculo do empuxo, porém agora dado em Newton (Salientamos que os valores darão aproximados por conta de aproximações decimais, visto que 1kgf=9,81N) Peso 1,86N
Peso Aparente 1,57N
Empuxo (P-Pa) 1,86N-1,57N= 0,29N
Parte 2: Retiramos o corpo de dentro d’água, colocamos o Becker com água em um dos pratos da balança e equilibramos com a massa de 1,0kg (necessitamos colocar um pouco mais de água para que a balança se equilibrasse). Logo após, introduzimos o corpo de 200 gf no Becker e verificamos que o prato com o mesmo desceu, desequilibrando assim a balança. Necessitamos, então, re-equilibrar a balança com um peso de 31g. Percebemos que este valor que usamos para re-equilibrar a balança corresponde aproximadamente ao valor do empuxo. Concluímos desta forma, que o empuxo é realmente atuante sobre um corpo imerso em um liquido em equilíbrio.
Conclusão: Concluímos que aquilo que aprendemos na teoria é plausível experimentalmente. Ou seja, esta força com orientação de baixo para cima, denominada empuxo, atua sobre um corpo submerso em um fluído em equilíbrio, variando desta forma a resultante das forças que atuavam anteriormente (antes de ser submerso) sobre ele. Experiência 02: Flutuação dos corpos; Flutuador Cartesiano Objetivo: Perceber a alteração do empuxo atuante sobre o corpo quando aplicamos uma pressão (p) sobre a tampa de área (S). Ao ser aplicada uma pressão na tampa, de modo a comprimir o ar dentro do recipiente, altera-se assim o valor do Empuxo. Isto nos possibilitará entender que podemos “ajustar” o corpo em qualquer ponto do liquido.
Fundamentação Teórica: O nome flutuador cartesiano indica um objeto que flutua segundo as leis da hidrostática. Em nossa opinião, deviam ser chamados de flutuadores de Pascal e não de Descartes (como são chamados), mas isso não tem importância. As experiências descritas a seguir ilustram essas leis. Se aplicarmos uma força na tampa de um recipiente contendo uma pressão interna, perceberemos que o pequeno corpo disposto dentro do mesmo (com um pequeno furinho em sua constituição, fazendo assim, acumular-se “ar” em seu interior) irá se mover para cima e para baixo. Por que isso acontece? Simplesmente, por causa da compressão do ar dentro do recipiente, o que fará com que a água penetre no corpo, aumentando seu peso e fazendo-o mergulhar. Material utilizado: 01 flutuador cartesiano
Procedimento Experimental: Ao aplicarmos uma força sobre a tampa do tubo de ensaio, verificamos que o pequeno objeto com um orifício em sua parte superior se movia para cima e para baixo no fluido. Verificamos que isso se deu por conta do aumento de pressão na tampa, e conseguintemente, uma compressão no interior do tubo, tornando o empuxo “variável” e fazendo o corpo se ajustar ao valor da força aplicada.
Conclusão: A experiência ilustrou bem o Princípio de Arquimedes e o Princípio de Pascal, demonstrando as variações do empuxo e do peso do corpo de acordo com as circunstâncias
Questões 1) Não, pois, se levarmos em consideração o empuxo e o peso do corpo veremos que, quando o corpo está em equilíbrio o Seu Peso (P) é igual ao Empuxo (E), logo a força resultante que atua sobre o corpo é nula. Se a força resultante é nula logo,
será zero.
2) Sim, pois se o corpo sobe ou desce , é sinal de que há uma resultante positiva atuando sobre o corpo. Nesta situação a aceleração é calculada por duas fórmulas: quando o corpo sobe, e
quando o corpo desce. A razão
destas fórmulas será mais bem explicada na próxima questão.
3) Quando o corpo sobe (movimento ascendente) a massa especifica do fluido em que o corpo está mergulhado é maior do que a massa específica do corpo , logo o Empuxo é maior do que o peso (E>P). Assim, o corpo será impulsionado pela resultante das duas forças, sendo esta denominada Força Ascensional (FA). Neste caso a aceleração é calculada pela fórmula
, ou até mesmo pela expressão
(já que a
FA é a força resultante sobre o corpo). 4) Quando o corpo desce (movimento descendente) a massa especifica do corpo é maior do que a massa específica do fluido , logo o Peso é maior do que o empuxo (P>E). Neste caso o corpo adquire um Peso aparente (PA) que é a resultante das duas forças atuantes sobre ele. A aceleração é calculada pela fórmula pela expressão
ou até mesmo
(já que o PA é a força resultante sobre o corpo).
5) Sim, pois mostra que um acréscimo de pressão aplicado na superfície se propaga por todo o liquido fazendo o corpo submergir ainda mais. 6) Sim, pois inicialmente o corpo está sob a ação de duas forças: a pressão que o liquido exerce sobre ele e a pressão atmosférica. No momento em que pressionamos a tampa, estamos acrescentando uma força na tampa de área (S), logo exercemos uma pressão que se propagará pelo líquido fazendo o corpo submergir ainda mais, alterando a altura do corpo e conseguintemente o valor do empuxo. 7) Não. Há dois casos em que o empuxo é igual ao peso: O já citado, quando o corpo está totalmente submerso (neste caso, o volume do corpo é igual ao volume submerso); e quando o corpo está flutuando na superfície do liquido. Ao flutuar, dizemos que o empuxo é igual ao peso e, nesta situação, o corpo está com uma parte do seu volume emerso e a outra parte submersa (Vs – Volume Submerso). 8) Quando o Corpo flutua na superfície do liquido, o Empuxo é igual ao peso. Desta forma, a resultante sobre o corpo é nula e o mesmo não adquire aceleração. Isso explica o motivo dele estar flutuando.
Bibliografia Geral Livro Calçada,Caio. Fisica Hidrostática, Termologia e Óptica. Universo da Física.Vol 2. Ed. Atual. P.102, 2005. http://educar.sc.usp.br/licenciatura/2003/hi/HIDROSTATICA_EMPUXO.htm http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/EstaticaeHidrostatica/empuxo.php
