Relatório 5 - Física Experimental I - Pedro Lucas Marinho Pereira

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE 
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA - CCT 
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 
 
DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL I 
PROFESSOR: JOSÉ WAGNER 
 
 
PEDRO LUCAS MARINHO PEREIRA 
122110569 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO EXPERIMENTAL 
EXPERIÊNCIA Nº 6 - PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES - EMPUXO 
 
 
 
 
 
 
 
CAMPINA GRANDE 
2024
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 2 
1.1. OBJETIVO GERAL ................................................................................................ 2 
2. PROCEDIMENTOS E ANÁLISES ................................................................................ 3 
2.1. MATERIAL UTILIZADO ...................................................................................... 3 
2.2. METODOLOGIA DO EXPERIMENTO ................................................................ 4 
3. DADOS EXTRAÍDOS DO EXPERIMENTO ................................................................ 5 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
 
 Neste relatório discutiremos o experimento realizado no dia 27 de março de 
2024, orientado pelo professor José Wagner. Este ensaio teve por tema o empuxo, 
uma força exercida por um fluido (como líquido ou gás) sobre um objeto imerso ou 
parcialmente imerso. Essa força é exercida em direção oposta à da gravidade e é 
resultado da diferença de pressão entre as partes superior e inferior do objeto imerso. 
1.1. OBJETIVO GERAL 
 
Determinar o empuxo exercido pela água sobre um objeto cilíndrico e comparar 
o valor experimental do empuxo com aquele previsto pela teoria. 
 
 
 
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2. PROCEDIMENTOS E ANÁLISES 
2.1. MATERIAL UTILIZADO
● Armadores; 
● Balança; 
● Bandeja; 
● Becker com água; 
● Cilindro metálico; 
● Cordão; 
● Corpo Básico; 
● Linha de nylon; 
● Manivela; 
● Massas padronizadas; 
● Paquímetro; 
● Suporte para suspensões diversas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 - Materiais utilizados 
 
 
 
 
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Figura 2: Massas padronizadas Figura 3: Paquímetro 
 
2.2. METODOLOGIA DO EXPERIMENTO 
 
Inicialmente, o corpo básico foi preparado previamente na posição apropriada para o 
experimento. Em seguida, o peso da bandeja foi medido, resultando em Pb=7 gf. Utilizando 
um paquímetro, foram medidas a altura (L=55,85 mm) e o diâmetro da seção transversal do 
cilindro (d=19,00 mm). 
 
O cilindro foi então fixado em uma das extremidades do Suporte para Suspensões 
Diversas, enquanto a bandeja foi colocada na outra extremidade. O peso do cilindro metálico 
foi determinado como Pc=116gf. Girando a manivela, o cilindro foi completamente imerso no 
Becker contendo água e a Balança foi reequilibrada, removendo alguns pesos, para 
determinar o peso aparente do cilindro, resultando em Pac=101 gf. 
 
 
 
 
 
 
 
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3. DADOS EXTRAÍDOS DO EXPERIMENTO 
 
Peso da Bandeja: PB = 7 gf 
 
DIMENSÕES DO CILINDRO METÁLICO 
Altura: L = 55,85 mm 
Diâmetro da seção reta: d = 19 mm 
 
PESOS DO CILINDRO 
Peso real do Cilindro PC = 116 + PB → PC = 123 gf 
Peso aparente do Cilindro PaC = 101 + PB → PaC =108 gf 
 
Ao calcularmos a resultante das forças exercidas pelo líquido sobre o cilindro 
obtemos: 
𝐹𝑅 = 𝐹2 − 𝐹1 
𝐹𝑅 = 𝜌𝑙í𝑞𝑔ℎ2𝐴𝑠 − 𝜌𝑙í𝑞𝑔ℎ1𝐴𝑠 
𝐹𝑅 = 𝜌𝑙í𝑞𝑔𝐴𝑠(ℎ2 − ℎ1) 
𝐹𝑅 = 𝜌𝑙í𝑞𝑔𝐴𝑠𝐿 
𝐹𝑅 = 𝜌𝑙í𝑞𝑔𝑉𝑙í𝑞.𝑑𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑑𝑜 
𝐸 = 𝜌𝑙í𝑞𝑔𝑉𝑙í𝑞.𝑑𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑑𝑜
 
Portanto, percebemos que \( V \) nada mais é que o comprimento do cilindro, 
multiplicado pela área de sua seção transversal, o que nos dá seu volume. Dessa forma, a 
força resultante é obtida multiplicando-se a densidade do líquido pela aceleração da gravidade 
e pelo volume do líquido deslocado. 
Agora, vamos calcular o volume do cilindro e o valor do empuxo exercido sobre ele:
 
𝑉𝑐 = 𝐴𝑠𝐿 
𝑉𝑐 = 𝜋 (
𝑑
2
)
2
𝐿 
𝑉𝑐 = 15,8351 𝑐𝑚3 
𝐸𝑡𝑒𝑜 = 𝜌𝑙í𝑞𝑔𝑉𝑙í𝑞.𝑑𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑑𝑜 
𝐸𝑡𝑒𝑜 = (1 )(980 )(15,8351) 
𝐸𝑡𝑒𝑜 = 15518,398 𝑑𝑦𝑛
 
 Agora vamos calcular o valor do empuxo, através do experimento, onde este 
deverá ser obtido através da diferença entre o peso real e o peso aparente: 
 
𝐸𝑒𝑥𝑝 = 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 − 𝑃𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 
𝐸𝑒𝑥𝑝 = 116 − 101 = 15𝑔𝑓 
 
6 
𝐸𝑒𝑥𝑝 = 14700𝑑𝑦𝑛 
Para 1gf = 980 dyn. 
 
Após considerar os cálculos do Empuxo Teórico como isentos de erros, procedemos 
ao cálculo do erro percentual decorrente da determinação experimental do empuxo. 
 
𝜖% =
|𝑉𝑉 − 𝑉𝑒𝑥𝑝|
𝑉𝑉
𝑥 100% 
𝜖% =
|15518,398 − 14700|
15518,398
𝑥 100% 
𝜖% = 5,27%
 
 
7 
3 CONCLUSÕES 
 
Concluímos com esse experimento o empuxo é uma força contrária ao peso, 
que tenta expulsar o corpo do líquido, e é dado pela seguinte equação: 
 𝐸 = 𝜌𝑙í𝑞𝑔𝑉𝑙í𝑞.𝑑𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑑𝑜. 
Se o cilindro tivesse sido parcialmente submerso em água, a expressão teórica 
do empuxo permaneceria a mesma. No entanto, seria necessário ter cuidado ao 
aplicar o volume do líquido deslocado, que seria precisamente o volume da parte do 
corpo submersa no líquido. Tendo posse da massa e do volume do cilindro, podemos 
agora calcular sua densidade: 
𝜌𝑐 =
𝑚𝑐
𝑉𝑐
=
116
15,8351
= 7,32𝑔/𝑚3 
 Se soltássemos o Cilindro em um recipiente com mercúrio, que tem 
𝜌𝑚𝑒𝑟𝑐ú𝑟𝑖𝑜 = 13,6 𝑔/𝑐𝑚3 não teríamos uma imersão total, pois para termos uma 
imersão total: 
𝐸 = 𝜌𝑙í𝑞𝑔𝑉𝑙í𝑞.𝑑𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑑𝑜 
𝐸 = 2.105𝑑𝑦𝑛 
O termo "uma força superior ao seu peso" significa que a força exercida sobre 
um objeto é maior do que a sua própria força de gravidade. 
Foi recomendado o uso de água destilada e barbante com massa 
insignificante. 
Ao mover a balança para cima e para baixo, observou-se que o empuxo não 
é afetado pela profundidade, pois não houve alteração no equilíbrio da balança. 
A equação do empuxo é aplicável a todos os tipos de fluidos, incluindo 
líquidos e gases. 
 
Um balão flutua porque o gás em sua câmara tem uma densidade menor que 
a do ar circundante, resultando em um empuxo maior do que o peso do balão, 
permitindo que ele flutue. Isso ocorre comumente com ar aquecido, hélio ou, em casos 
raros devido aos riscos de inflamabilidade, nitrogênio.