APRESENTAÇAO PRATICA 5 Empuxo

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Prática 5 – Estática dos fluidos e a força de empuxo
Introdução
	Segundo o princípio de Arquimedes, “um corpo total ou parcialmente imerso em um fluido em equilíbrio recebe uma força vertical para cima denominado empuxo, de intensidade igual, mas de sentido contrário ao peso da porção deslocada do fluído e aplicada no ponto onde estava localizado o centro de massa desta porção de fluido”. 
Esta força denominada empuxo é uma força hidrostática resultante exercida por um fluido sobre um corpo que nele esteja imerso.
O empuxo acontece porque a pressão do fluido na parte inferior do objeto imerso é maior do que no topo. Um corpo que esta total ou parcialmente imerso no fluido sofre um empuxo que é igual ao volume do fluido deslocado pelo corpo.
O princípio de Arquimedes apresenta várias aplicações, entre elas está a medida de massa específica de líquidos. A força empuxo, vertical e dirigida para cima, é diretamente proporcional à massa específica do fluido em que o corpo está submerso.
Em um sistema utilizando-se uma balança podemos determinar a densidade do fluido da seguinte maneira. Se o corpo não estiver imerso no líquido, a balança irá medir o peso do conjunto líquido e proveta.
 
 Após a imersão do corpo, o valor da leitura será maior devido a ação da Força de Empuxo. 
A Força de Empuxo pode ser determinada na leitura da balança, considerando as medidas anteriores e posteriores à imersão parcial do corpo. 
 Inicialmente, a proveta continha um volume inicial e após a imersão parcial do corpo, a leitura da graduação da proveta indica um volume maior final. Assim, o volume da porção do líquido deslocada pelo corpo sólido se dá através da subtração desses volumes obtidos e sabe-se que o peso dessa porção de líquido é igual a Força de Empuxo exercida sobre o corpo.
Diagrama de forças atuantes no corpo sólido imerso e na balança contendo a 
proveta e o corpo sólido.
A grandeza FE/g, aparece também na Equação 2, e é calculada pela diferença ∆M=M −M0. Assim, determina-se o valor da massa específica do líquido, através dos coeficientes angulares da Equação 5.
Objetivo
 
O objetivo deste experimento é determinar os valores da massa específica dos fluidos analisados, através da relação entre empuxo e natureza do líquido a submergir corpos sólidos de diferentes tamanhos.
Materiais e métodos
 
Materiais
Foram utilizados os seguintes equipamentos:
 
Proveta de 1L;
balança;
água;
etanol;
corpo cilíndrico de alumínio;
corpo esférico de alumínio.
 
Metodologia
 
Inicialmente, foi preenchida uma proveta graduada de 500 mL de água e posicionada na balança para medir a massa do conjunto proveta e líquido. A proveta foi mantida na balança. Após isso, foi mergulhada uma peça cilíndrica na água, pouco a pouco de forma que a leitura de volume na escala da proveta variou entre os 500 mL e 800 mL. Foram utilizados variações de volume de 50 mL para serem obtidas medidas de 6 diferentes pontos e assim, foi coletado medidas da massa M, em função do volume V de líquido da proveta. 
O processo descrito foi repetido utilizando-se 500 mL de etanol, variando o volume de 50 em 50 mL e foram realizadas 6 medidas.
Foi utilizado medidas com o corpo esférico e a quantidade inicial de líquido na proveta foi de 800 mL. Mediu-se 4 diferentes variações de volume (20 mL, 20 mL, 20 mL e por fim 10 mL) e massa.
Resultados e discussões
Medições com o corpo cilíndrico:
A partir dos dados coletados, o valor da densidade é encontrado a partir da equação 5. O valor da densidade média da água é
Cilindro (H₂O)
Massa (g)
Volume(ml)
0
974,70
500
1
1017,11
550
2
1072,81
600
3
1123,62
650
4
1168,85
700
5
1219,06
750
6
1266,14
800
Cilindro(Etanol)
Massa (g)
Volume(ml)
0
876,33
500
1
914,55
550
2
955,56
600
3
994,63
650
4
1033,30
700
5
1073,83
750
6
1115,36
800
Medições com o corpo esférico
 
A partir dos dados coletados, o valor da densidade é encontrado a partir da equação 5. O valor da densidade média da água e do etanol é 957,9 kg/m³ e 780 kg/m³, respectivamente.
Esfera (H₂O)
Massa (g)
Volume(ml)
0
1270,68
800
1
1287,38
820
2
1309,55
840
3
1333,36
860
4
1339,31
870
Esfera(Etanol)
Massa (g)
Volume(ml)
0
1121,40
800
1
1136,16
820
2
1153,90
840
3
1170,33
860
4
1174,53
870
Gráfico do cilindro na água:
Imagem 2: Gráfico da densidade da água
Gráfico da esfera no etanol:
Imagem 3: Gráfico da densidade do etanol
Gráfico do cilindro no etanol:
Imagem 4: Gráfico da densidade do etanol
 A densidade média da água obtida através do experimento com o cilindro e a esfera foi de aproximadamente 960 kg/m³ . Comparada com a densidade teórica da água que é 999,9 kg/m³ notamos um erro de 3,9 % (aceitável) que é ocasionado devido ao mal manuseio do experimento.
Já a densidade média do etanol encontrou-se o valor de 783 kg/m³ , comparada com o valor teórico que é de 789 kg/m³ também apresenta um erro de 0,76% (aceitável). 
Se corpos sólidos com os mesmos formatos e volumes, porém constituídos de outro material, com densidade igual ao dobro da densidade do alumínio, fossem imersos nos líquidos analisados, os resultados de massa específica dos líquidos seriam distintos pois mantendo o volume constante e fazendo a massa do objeto variar, devido a duplicação da densidade, estamos automaticamente, provocando uma variação na força empuxo do líquido e alterando a massa do sistema. Assim o valor da densidade do líquido, que depende do valor total do sistema, irá sofrer variação.
 Caso um terceiro corpo sólido fosse utilizado no experimento, um corpo cilíndrico de alumínio de diâmetro igual à metade do diâmetro do corpo empregado, a Força de Empuxo atuante no corpo imerso não seria diferente pois a equação para calcular a Força Empuxo depende da densidade e do valor do volume de líquido deslocado que não se sofreram variações nesse caso. 
Conclusão
	Através do procedimento experimental pode-se observar que o empuxo é uma força proporcional ao líquido deslocado após a imersão de um sólido, independente da forma que esse sólido possua. Observou-se também que o empuxo varia com a densidade do líquido utilizado.
Nota-se que ao conhecermos o empuxo, peso do corpo e densidade do sólido imerso podemos calcular a densidade do fluído que esta sendo utilizado.
Referências
FOX, R. W.; PRITCHARD, P. J.; MC DONALD, A. T. Introdução à mecânica dos 
fluidos. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. 710 p.
Roteiro de Física Experimental II. Experiência 2 – Empuxo, Universidade Federal do Rio de Janeiro. Disponível em: http://fisexp2.if.ufrj.br/Roteiros/E2-Empuxo.pdf.
WHITE, F. M. Mecânica dos fluidos. Porto Alegre: Editora McGraw Hill, 2011. 880 p