Física_Experimental

7/28/2019 Fsica_Experimental

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CENTRO DE CINCIAS E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE FSICA

Prtica VI: Princpio de Arquimedes e Densimetria

Athila Vieira Lima

Turma 01

Fortaleza, 2013


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1 OBJETIVOS

- Determinar a densidade de slidos e lquidos;

- Verificar experimentalmente o princpio de Arquimedes;

- Determinar o empuxo;

- Verificar a condio para que um slido flutue em um lquido.

2 MATERIAL

- Dinammetros graduados em N;

- Corpos slidos ( plsticos, ferro, chumbo, parafina, madeira);

- Lquidos (gua, lcool);

- Bquer de 140 mL;

- Proveta de 100 Ml.

3 FUNDAMENTOS

Para iniciarmos o estudo de densidade dos lquidos e o de empuxo

devemos ter, por base, e bem definidos, os conceitos de densidade e massa

especfica (representada aqui pela letra grega , r. A massa especfica de umcorpo pode ser definida como uma relao entre a massa ( representada por

m) e o volume ( V), deste corpo.

= m / v (1)

Onde m em Kg e V em m, no SI.

A equao acima pode ser entendida como a proporo da quantidade

de massa que determinado corpo, fluido ou substncia contm (essa noo muito utilizada em qumica para determinar o grau de pureza das substncias)

Por outro lado a densidade (ou densidade relativa) a razo da massa

especfica de um corpo, lquido ou substncia por outra tomada como

referncia. Usualmente utiliza-se como referncia para o clculo da densidade

de slidos e lquidos, a gua destilada a 4C, com = 1g/cm.

Nesta prtica estudaremos tambm o conceito de empuxo, descobertopor Arquimedes, e que pode ser entendido como uma fora resultante


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verticalmente para cima. Essa fora surge pelo seguinte fato: Quando um corpo

est parcial ou totalmente imerso em um fluido (lembrando que o termo fluido

corresponde a lquidos e gases) em equilbrio o fluido exerce presso em todos

os pontos da superfcie do corpo onde ocorra contato com ele. Observe a figura

1 que ilustra as foras que agem em um corpo quando imerso em um fluido

(nesta prtica foram utilizados apenas lquidos).

Observando a geometria (no caso cilndrica) do corpo de prova que

est em imerso em um lquido (fig.1), chegamos as seguintes concluses:

- A resultante das foras que agem nas superfcies, superior e inferior,

ser sempre verticalmente para cima, pois segundo Stevin (1548/1620), a

presso em um corpo ser sempre maior nas regies mais imersas, P =.H,

onde (,gama) a densidade absoluta de um corpo e dada em N/m e h aaltura que o corpo, ou parte deste, que est imersa num fluido ( medida

desde um referencial adotado at o ponto em que se quer medir a presso).

A resultante das foras que agem na rea lateral 0 (zero), pois, toda

fora aplicada em um ponto dessa regio ter uma correspondente

diametralmente oposta.

Figura 1 Representa o esquem tica das

foras agindo em um corpo de prova imerso em

um tanque cheio de gua.

H (m)


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AMOSTRA

FLUTUA NA

GUA?

( SIM/NO)

FLUTUA NO

LCOOL?

(SIM/NO)

amostra menor

do que gua?

(SIM/NO)

amostra menor

do que lcool?

(SIM/NO)

Ferro NO NO NO NO

Plstico NO NO NO NO

Chumbo NO NO NO NO

Madeira SIM SIM SIM SIM

Parafina SIM NO NO NO

DETERMINAO DO EMPUXO

De acordo como principio de Arquimedes (287 a.C/212 a.C), o empuxo

igual o peso do lquido deslocado; assim, multiplicando a densidade do

lquido pelo volume do corpo e pela acelerao da gravidade, teremos o peso

lquido deslocado (o empuxo).

Ao determinarmos o peso de um corpo imerso num lquido, verificamos

que, de acordo com o princpio de Arquimedes, haver um empuxo (E)

exercido pelo lquido sobre o corpo; desta forma obteremos um peso aparente

(p) menor do que o peso real (P):

P = P E (2)

Ento:

E = PP (3)

8 Coloque cerca de 60 mL de gua na proveta e determine o peso aparente

das amostras de ferro, plstico e chumbo, pesando-as totalmente mergulhadas

na gua. Anote na Tabela 1.3.

9 Repita o procedimento anterior usando lcool.

Tabela 1.2. Comparao das densidades.


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AMOSTRA

Peso aparente na gua

(N)

Peso aparente no lcool

(N)

Ferro 1,01 1,060

Plstico 0,02 0,0244

Chumbo 1,5 1,54

10 Determine o empuxo multiplicando a densidade de cada lquido, gua ou

lcool (obtida no procedimento 5), pelo volume determinado no procedimento 4

e pela acelerao da gravidade g ( 9,81). Anote nas Tabelas 1.4 e 1.5.

11- Determine o empuxo pela diferena entre o peso real e o peso aparente

quando o corpo est imerso num lquido e anote nas Tabelas 1.4 e 1.5.

AMOSTRA VOLUME (m) EMPUXO (N)

(dens.lquido *volume * g)

EMPUXO(N)

(peso real peso

aparente)

Ferro 15 * 10-6 0,14 0,12

Plstico 0,24 * 10-6 0,0021 * 10 0,22

Chumbo 15 * 10- 0,14 0,14

AMOSTRA VOLUME (m) EMPUXO (N)

(dens.lquido

*volume * g)

EMPUXO(N)

(peso real peso

aparente)

Ferro 15 * 10- 0,12 0,16

Plstico 0,24 * 10- 0,0017 * 10 0,22

Chumbo 15 * 10- 0,14 0,1

Tabela 1.3. Peso aparente das amostras.

Tabela 1.4. Empuxo na gua.

Tabela 1.5. Em uxo no lcool.


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5 QUESTIONRIO

1 Baseado nos dados experimentais obtidos, qual a massa em gramas

de:

a) 1 litro de gua.

V = 1L = 1000 cm

= 0,98 g/cm

= m / v => m = 0,98 * 1000 = 980 g

b) 1 litro de lcool.

V = 1L = 1000 cm

= 0,80 g/cm

= m / v => m = 0,80 * 1000 = 800 g

2- Que concluses podemos tirar da tabela 1.2.

A concluso que se tira da referida tabela que mais conveniente

comparar os materiais ou substncias quanto a sua flutuabilidade ou no; por

sua densidade, do que pelo seu peso.

3 - Sabemos que gelo flutua na gua e que garrafas com gua colocadas

no congelador explodem. Que relao h entre esses dois fatos?

Quando a gua passa para o estado slido, sua densidade diminui,

como a massa ser constante, da equao (1) podemos concluir que o seu

volume aumenta, sabendo disso podemos concluir que, o gelo flutua na gua

por que sua densidade menor que da gua e as garrafas com gua quando

colocadas no congelador explodem, pelo fato de o volume da gua aumentarquando esta se solidificar.

4 Que propriedade um lquido deve ter para que uma esfera de ao de

2,5 kg de massa possa flutuar? A massa especfica do ao 7850 g/cm.

Para que um corpo possa flutuar num lquido o empuxo exercido poreste deve ser maior ou igual ao peso do objeto.


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E Pobjeto=> 1 * g * v > 2 * g * v =>

=> 1 > 2 , ou melhor, o lquido deve ter uma massa

especfica maior que a do ao para que a esfera flutue.

5 Baseado nos dados obtidos, Tabelas 1.4 e 1.5, onde o empuxo

maior, na gua ou no lcool? Justifique.

Sabemos que o empuxo diretamente proporcional massa especfica

dos lquidos; ento conclusse que o empuxo maior na gua, pois sua massa

especfica maior que do lcool.

6 Como a massa especfica do lquido influi no empuxo?

Quanto maior a massa especfica do lquido, maior ser a massa ao

redor do corpo e, portanto maior ser a fora exercida pelo lquido sobre

o corpo, aumentando assim o empuxo.

7 - (a) Um cubo de gelo est flutuando em um copo de gua. Quando o

gelo fundir, o nvel da gua no copo subir? Explique. (b) Se o cubo de

gelo contm um pedao de chumbo no seu interior, o nvel da gua

baixar quando o gelo fundir? Explique.

(a) No, pois o gelo possui uma densidade menor que da gua e em

consequncia da equao 1 um volume maior aumentando assim o

nvel de gua no copo e quando funde sua densidade aumenta

diminuindo seu volume e consequentemente o d gua.

(b) Sim, pois o chumbo e o gelo so considerados como um s volume,

ento quando o gelo fundir o nvel da gua baixar, s que emmenor quantidade, j que outra parte do volume total inicial

( Vgua slida + Vchumbo), no caso o do chumbo, no se fundiu.

8 Um estudante tem 70kg de massa. (a) Supondo que seu volume seja

0,080 m, qual o empuxo sobre o estudante devido ao ar? (b) Qual o peso

aparente em Kgf que o mesmo obtm (a massa especfica do ar 1,3

kg/m).

(a) Utilizando a equao E = * g * v, para o clculo do empuxo, temos:


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E = 1,3 * 9,81 * 0,080 1 N

(b) P = P E = m * g = 9,81 * 70 1 686 N = 68,6 N.

6 CONCLUSO

Com base nos resultados obtidos comprovamos a veracidade do

princpio de Arquimedes. O estudo foi muito esclarecedor e proporcionou um

maior entendimento do princpio de Arquimedes e a densimetria dos corpos.

9 REFERNCIAS

Halliday, D. & Resnick, R. Fundamentos de Fsica. RJ: Livros Tcnicos eCientficos, 1991. v. 2.

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