RELATÓRIO 2 - LAB DE FÍSICA II

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS - UNIFAL
Laboratório de física II
Experimento 2 - Densidade de Sólidos
Milene Cristiane Almeida
Vitoria de Souza Oliveira
Professora: Thirza Pavan Sopreso
Alfenas – MG
2022
1. INTRODUÇÃO
A densidade é uma propriedade física e pode ser utilizada para
distinguir um material puro de um impuro, pois a densidade dos materiais que
não são puros, sendo misturas, é uma função da sua composição. A
densidade de um sólido pode ser determinada pesando-o e sem seguida,
determinando seu volume, se ele tiver formas irregulares, o volume pode ser
determinado utilizando métodos de deslocamento em líquidos, determina-se
a massa de uma amostra do sólido e então transferir quantitativamente essa
massa para um instrumento volumétrico graduado apropriado com água ou
algum líquido no qual o sólido não flutue. O sólido então se deslocará volume
de líquido igual ao seu volume e assim anotará a posição da diferença.
Tanto na física quanto na química a densidade é um conceito
fundamental, visto que, dentre outras coisas, permite determinar com qual
substância está sendo trabalhada, uma vez que seu valor é específico para
cada substância. Sua unidade no Sistema Internacional é . Em𝑘𝑔/𝑚3
algumas situações é adequado utilizar a Densidade Relativa, sendo, a razão
entre a densidade de uma substância e a densidade da água (1 à𝑔/𝑚3
temperatura de 4ºC de 1 atm), sendo uma grandeza adimensional.
A densidade depende da temperatura e pressão às quais uma
substância está submetida, uma vez que a temperatura e pressão causam
alteração no volume. É importante ressaltar que a maioria dos sólidos e
líquidos se expandem em parte quando aquecidos e contraem-se em parte,
resfriados ou submetidos a aumentos de pressão. A alteração nos sólidos e
líquidos é pequena com a variação de pressão e temperatura, já nos casos
dos gases, a densidade é mais sensível a variações de temperatura e
pressão.
2. OBJETIVOS
● Obter a densidade de 3 metais, sendo eles, alumínio, ferro e cobre,
constituídos de formas irregulares;
● Utilizar a balança de dois pratos e “pesos” aferidos;
● Aprofundamento do conceitos de densidade e o Princípio de
Arquimedes;
● Compreender as interferências das condições de realização dos
experimentos nas medidas obtidas.
3. TEORIA
A Densidade Másica ou Massa Específica está relacionada à relação
entre a massa de uma substância e o volume por ela ocupado.
Matematicamente, a densidade é dada por:
ρ = 𝑚𝑉
Nesse experimento a densidade será determinada de forma indireta a
partir das medidas da massa real de um objeto e de sua massa aparente,
quando se mergulha em um fluido de densidade conhecida. As massas reais
e aparente do objeto são medidas em uma balança de pratos, essa medida
ocorre por comparação com uma massa conhecida e utiliza-se o equilíbrio de
torques.
Para que a balança fique em equilíbrio de torques, isto é, para que
seus braços não girem, a seguinte condição deve ser satisfeita:
𝑃
1
𝑑
1
= 𝑃
2
𝑑
2
No caso especial em que as distâncias 𝑑1 e 𝑑2 são iguais, para que
haja o equilíbrio de torques, a condição a ser satisfeita será então:
𝑃
1
= 𝑃
2
𝑚
1
𝑔 = 𝑚
2
𝑔
𝑚
1
= 𝑚
2
Assim dizendo, quando as distâncias são iguais, as massas que
mantêm o equilíbrio de torques também devem ser iguais. Desse
modo, se a massa , por exemplo, é desconhecida, ela pode ser𝑚
1
determinada pelo valor de uma massa conhecida, . Pode-se ver que𝑚
2
essa medida independe do valor local da aceleração gravitacional.
A balança de dois pratos também será utilizada para determinar a
massa aparente de um objeto, assim dizendo, a massa de um objeto
submerso em um fluido, como, por exemplo, água destilada.
𝑃
1
= 𝑃
2
− 𝐸
𝑚
1
𝑔 = 𝑚
2
𝑔 − 𝑚
ℎ20
𝑔
𝑚
1
= 𝑚
2
− 𝑚
ℎ2𝑜
Nessa expressão, é a massa conhecida do corpo C1 que é𝑚
1
numericamente igual à massa aparente (𝑚𝑎𝑝) do corpo C2; é a massa real𝑚
2
(𝑚𝑟 ) do corpo C2, ou seja, a massa medida na balança quando o corpo não
está submerso e , é a massa de água deslocada pelo corpo C2.𝑚
ℎ2𝑜
ρ
𝑥
= ρ
ℎ2𝑜
𝑚
𝑟
𝑚
𝑟
−𝑚
𝑎𝑝
A equação acima é a equação apresentada nos procedimentos
experimentais.
4. METODOLOGIA EXPERIMENTAL
Os materiais utilizados durante o experimento foram: uma balança de
dois pratos, ‘pesos’ aferidos, um béquer de 100 mL, água destilada, areia,
espátula, garras e suporte universal, fio fino de cobre, termômetro e peças de
metal de formato irregular, sendo eles, aluminio, ferro e cobre.
Foi medido a densidade das três peças de metal, alumínio, ferro e
cobre com formato irregular, utilizando a balança de dois pratos para o
experimento. Foi anotado também a temperatura do laboratório com
melhores resultados. Ao iniciar o experimento foi preciso inicialmente zerar a
balança, para isso, com os pratos na balança limpos e encaixados
corretamente no suporte o conjunto foi posicionado e ajustado de forma fiel,
que esteja centralizado, indicando assim, o equilíbrio entre os dois braços da
balança.
Prendeu-se o objeto de metal, do qual a densidade será medida, ao fio
de cobre, e então, prendeu o conjunto ao ponto de suspensão do braço da
direita da balança. Logo depois, equilibrou-se novamente a balança,
utilizando-se a areia no braço da esquerda. Retirou-se o fio de cobre com o
metal e utilizou-se os ‘pesos’ aferidos no braço da direita para determinar a
massa real do objeto. O procedimento foi feito com os 3 objetos de metais.
Já para a medição da massa aparente dos mesmos objetos,
encheu-se o béquer com água destilada e suspendeu por meio das garras e
do suporte universal, entre o prato da balança da direita e seu ponto de
suspensão, sem que o béquer ou as garras tocassem na balança.
Novamente pendurou o objeto preso ao fio de cobre no ponto de suspensão
do braço direito de forma que ele ficasse totalmente submerso na água
destilada, tomou-se todo o cuidado para que o fio de cobre não tocasse no
fundo ou nas laterais do béquer. Foi ajustado então a quantidade de areia de
forma que a balança ficasse novamente equilibrada, retirou o objeto de metal
com fio de cobre, afastou-se o béquer e, novamente, utilizou-se os ‘pesos’
aferidos para determinar a massa aparente do objeto de metal. Esse
experimento foi feito também com os três objetos de metais, sendo, alumínio,
cobre e ferro, anotando os valores e seus desvios.
5. RESULTADO E ANÁLISE DOS DADOS
Para o início do experimento foi medido a temperatura: 26ºC e obtidos
os seguintes dados para os cálculos;
Integrantes Massa Real
(g) (± 0, 01𝑔)
Massa Aparente
(g)
(± 0, 01𝑔)
1
Ferro 3,580 3,150
Alumínio 2,150 2,530
Cobre 1,310 1,020
2
Ferro 3,60 3,27
Alumínio 1,35 0,975
Cobre 1,95 2,150
Média 2,323 2,183
Desvio 0,844 0,801
Tabela 1: Dados obtidos durante os experimentos para futuros cálculos.
Integrantes Densidade do Ferro
((𝑔/𝑐𝑚3) ± 0, 01)
Densidade do
Cobre (𝑔/𝑐𝑚3)
(± 0, 01)
Densidade do
Alumínio (𝑔/𝑐𝑚3)
(± 0, 01)
1 8,30 2,522 4,496
2 10,86 0,38 3,589
Média 9,58 0,964 2,692
Desvio 1,28 1,039 1,801
Tabela 2: Dados obtidos a partir dos cálculos de densidade dos sólidos.
6. DISCUSSÃO
De acordo com referências de livros acadêmicos, foi observado que
que a densidade dos metais seria, Alumínio: 2,70 , Cobre: 8,93 e𝑔/𝑐𝑚3 𝑔/𝑐𝑚3
Ferro: 7,88 , e observando as densidades que foram vistas no𝑔/𝑐𝑚3
experimentos, pode-se ver que obteve valores bem diferentes do que o de
referências, obtendo assim, desvios altíssimos e também concluindo que
pode-se obter erros do experimentador durante os experimentos ou também
erros do próprio equipamento.
7. CONCLUSÃO
Pode-se concluir que obteve-se erros grandes comparados ao de
referências mas que esse erros pode-se obter em diversas maneiras, como
por exemplo, o erro do experimentador, ou do próprio experimento.
Obteve-se um novo conhecimento sobre a balança de dois pratos e a
observação sobre o funcionamento dela. Foi observado também as médias e
os desvios durante os experimentos e obtendo resultadosobre eles. Pode-se
concluir também que deve-se ter muito cuidado ao obter resultados sobre a
densidade durante o experimento em diferentes instrumentos.
8. APÊNDICE
9. REFERÊNCIAS
CÉSAR, Janaína; DE PAOLI, Marco-Aurélio; DE ANDRADE, João Carlos. A
determinação da densidade de sólidos e líquidos. Revista Chemkeys, n. 7,
p. 1-8, 2004.
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física:
gravitação, ondas e termodinâmica. 8.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.
OLIVEIRA, Bruno de Moura; MELO FILHO, João Massena; AFONSO, Júlio
Carlos. A densidade e a evolução do densímetro. Revista Brasileira de
Ensino de Física, v. 35, p. 1-10, 2013.
SAMPAIO, João Alves; SILVA, Fernanda Arruda Nogueira Gomes da.
Determinação das densidades de sólidos e de polpa.