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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO ACRE - IFAC CAMPUS SENA MADUREIRA Ana Cleide Silva Lucas Oliveira Neiva Almeida Pedro Henrique Santana Whellen Queiroz SENA MADUREIRA – ACRE 2022 Ana Cleide Silva Lucas Oliveira Neiva Almeida Pedro Henrique Santana Whellen de Araújo Relatório apresentado a disciplina de física experimental II, do curso de licenciatura em física, campus Sena Madureira, como requisito parcial para a obtenção da nota N1. Professor: Dr. Fábio Soares Pereira SENA MADUREIRA - ACRE 2022 INSTITUTO FEDERAL ACRE – CAMPUS SENA MADUREIRA RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA Professor: Dr. Fábio Soares Pereira Curso: Licenciatura em Física Disciplina: Física Experimental II 1. Título: O Empuxo, Comprovação Experimental 2. Autores: Ana Cleide Silva Lucas Oliveira Neiva Almeida Pedro Henrique Santana Whellen Queiroz RESUMO Este relatório apresenta os resultados experimentais obtidos em laboratório para se determinar a densidade, o empuxo e peso aparente de corpos diversos quando imersos em um fluido. Os fluidos são líquidos e gases que se deformam continuamente quando submetidos a uma tensão de corte, e que tem grande facilidade de se escoarem Nesse experimento aplicaremos conceitos de importantes estudiosos dos fluidos como Pascal e Arquimedes INTRODUÇÃO O estudo dos fluidos "começou com Arquimedes e sua mecânica dos fluidos, que foi responsável pelo estudo da hidrostática, as forças produzidas por líquidos e gases". "Personagens como Torricelli, Stevin e Pascal também contribuíram muito para esses estudos" De acordo com alguma bibliografia, Arquimedes (282-212 aC) verificou que ao tomar banho, o líquido de uma pessoa imersa na água tornava-se mais leve devido à força vertical ascendente exercida sobre o corpo, reduzindo assim o peso do corpo. Essa força do líquido sobre o corpo é chamada de empuxo (Ē). Portanto, em um objeto imerso em um líquido, surgem duas forças devido à interação com o campo gravitacional da Terra, a saber, gravidade (P) e empuxo (Ē) devido à interação com o líquido. Quando o corpo está completamente submerso em líquido, podemos experimentar o seguinte: ✓ Se permanecer estacionário no ponto de colocação, a magnitude do empuxo é igual à magnitude da gravidade (E = P); ✓ Se afundar, a magnitude do empuxo é menor que a magnitude da gravidade (E < P); e ✓ Se trazido à superfície, a magnitude da flutuabilidade é maior que a magnitude da gravidade (E > P). Qualquer objeto imerso em um líquido (líquido ou gás) experimenta uma força vertical ascendente do líquido igual ao peso do líquido que o objeto desloca. Quando um objeto mais denso que um líquido está completamente imerso no líquido, observamos que seu peso no líquido é significativamente menor do que no ar. A diferença entre o peso real e o peso aparente corresponde à força de empuxo exercida pelo líquido. Outro conceito importante para o estudo dos fluidos é o da Densidade. Esta é uma grandeza fisica responsável pela medida da concentração da massa de uma substância em um de determinado volume. Defini-se matematicamente como sendo a razão entre a massa e o volume correspondente da substância analisada 𝑑 𝑚 𝑣 OBJETIVOS Os objetivos desta experiência são os seguintes: ✓ Reconhecer a presença do empuxo em função da aparente diminuição da força peso de um corpo submerso num liquido ✓ Determinar a densidade dos materiais (sólidos) analisados. ✓ Determinar experimentalmente a densidade de alguns sólidos através do empuxo sofrido por ele ao ser submerso na água. ✓ Mensurar o peso aparente dos referidos materiais. MATERIAIS 01 (um) corpo de prova (cilindro branco), 01 (um) Becker de 250 ml; 01 (um) dinamômetro de 2N. 01 Seringa 20 ml 250 ml de Água 01 tripé com sapatas niveladoras e hastes de sustentação PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Para o experimento deverá ser realizado os seguintes procedimentos: O empuxo, comprovação experimental. Na física, e uma força de reação descrita quantitativamente pela segunda e terceira leis de Newton. Quando um sistema expele ou acelera massa em uma direção, a massa acelerada vai causas uma força igual magnitude, mas, em sentido oposto. Foi retirado o êmbolo de dentro do cilindro observando que o volume extremo do embolo é igual ao volume interno do recipiente. O conjunto foi ajustada para que o embolo foi pesado e anotado como 0,80 N, após a pesagem foi dependurado o embolo na parte inferior do cilindro e ambos ao dinamômetro. A sustentação foi ajustada para que o embolo estivesse três centímetros acima da mesa e após foi mergulhado o mesmo na massa liquida e anotado o valor lido como 0,40 N. A aparente diminuição ocorrida no peso do conjunto (embolo, cilindro) ao submergir na água (conhecida como peso aparente), ocorre é que existe uma força, conhecida como empuxo, que atua de baixo para cima, no sentido contrário ao da força da gravidade. E= (0,80) / (0,40) = 2N O empuxo esta no sentido vertical e orientado de baixo para cima sendo uma afirmação verdadeira. Fluido entende-se por aquilo que escoa como um liquido, ou que se expande, como gás. O modulo do empuxo quando submergirmos somente a metade do embolo e: E= (0,80) / (0,20) = 4N Ao criarmos uma situação em que foram fornecidas duas três variáveis: Peso do corpo fora do liquido: PCFL = 0,80 N Peso aparente do corpo dentro do liquido: PACDL= 0,44N Peso aparente do corpo na metade do corpo: PACML= 0,20N O empuxo tente ser uma força devido a parte mais submersa esta a uma profundidade sempre maior em comparação à parte superior do objeto isso significa que a força para cima feita pela água tem que ser maior que a força para baixo feita pela água. RESULTADOS E DISCUSSÃO Conforme especificado nos procedimentos experimentais, obtivemos os seguintes dados: Primeiramente determinamos o peso P dos material (corpos de prova). A partir desse peso dividindo os mesmos pela gravidade (9,81) encontramos a massa dos materiais. F = M . A => M = F / G M = 0,80 N / 9,81𝑚/𝑠2 M = 0,08154 kg Posteriormente encontramos o volume do material. Em geral, o volume de sólidos refere- se à capacidade desses sólidos e é calculado levando-se em consideração suas três dimensões. Do corpo de prova desse experimento, o corpo era em forma de cilindro que teve seu volume calculado pela equação: V = π. r². h. Raio, altura e volume do material. Material Raio Cm Altura Cm Volume cm3 Cilindro branco 1,5 7,2 50,87 Com dos dados das tabelas acima podemos então calcular a densidade dos material (corpo de prova). A densidade é dada pela equação: 𝑑 = 𝑚 𝑣 𝑑 = 0,08154 50,87 𝑑 = 1.60. 10−3km/cm3 Posteriormente imergimos os material em um Becker com mais ou menos 200 ml de água e verificamos que a quantidade de fluido deslocado era muito próximo da massa do corpo. A partir da massa de fluido deslocado pelos corpos podemos determinar o empuxo do mesmo através da expressão 𝐹𝑒 = 𝑚𝑓 . 𝑔, sendo que a massa do fluido (𝑚𝑓) é igual a densidade do fluido pelo volume do fluido, ou seja, 𝑚𝑓 = 𝑑𝑓 . 𝑣𝑓. Assim a expressão da Força de Empuxo fica: 𝐹𝑒 = 𝑑𝑓𝑣𝑓. 𝑔. 𝐹𝑒 = 𝑑𝑓𝑣𝑓. 𝑔. 1.60. 10−3 . 50,87 .9,81 0,798 N É importante lembrar que a flutuabilidade não reduz o peso. Quando imersos em um recipiente com água, as pessoas sentem que o peso corporal diminui, mas permanece o mesmo. Essa impressão é causada pela flutuabilidade, que reduz a força resultante. Mas o valor da flutuabilidade é igual ao volume de líquido deslocado. CONCLUSÃO Por meio desses experimentos e da análise dos resultados obtidos em laboratório,é possível comprovar o princípio de Arquimedes, de que a flutuabilidade do líquido atua sobre o objeto quando este está completamente submerso no líquido. Empurre para cima. Desta forma, a impressão do corpo submerso é reduzida. No entanto, o corpo continua a manter o mesmo peso, enquanto o peso aparente do corpo é reduzido. Experimentos mostram claramente que amostras de diferentes massas e volumes têm diferentes pesos aparentes. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS HALLIDAY, DAVID e RESNICK, ROBERT. Fundamentos da Fisica: Gravitação, Ondas e Termodinàmica. 8. Ed. v.2. Rio de Janeiro: LTC, 2009.
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