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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ Campus Vitória – turma 3116 Relatório Física Experimental II Experimento I - Pressão Alunos: Kleber Ricardo Vitória Jorge Ricardo Zuniga Coutinho Tatiane Ferreira Alvarenga Profª. Juliana Nunes Oliveira Filho 2015.2 Sumário Pg. 1 – Introdução -------------------------------------------------------------- 03 2 – Objetivo------------------------------------------------------------------ 03 3 – Conceito----------------------------------------------------------------- 04 4- Procedimentos Experimentais------------------------------------ 05 4.1- 1º EXPERIMENTO ------------------------------------------- 06 4.2- 2º EXPERIMENTO ------------------------------------------- 07 4.3- 3º EXPERIMENTO ------------------------------------------- 08 4.4- 4º EXPERIMENTO ------------------------------------------- 10 5- DISCUSSÃO E CONCLUSÃO--------------------------------------- 11 5.2 – Conclusão------------------------------------------------------12 6 – BIBLIOGRAFIA ---------------------------------------------------------12 1 - Introdução Pressão é a relação entre uma determinada força e sua área de distribuição. O termo pressão é utilizado em diversas áreas da ciência como uma grandeza escalar que mensura a ação de uma ou mais forças sobre um determinado espaço, podendo este ser líquido, gasoso ou mesmo sólido. A pressão é uma propriedade intrínseca a qualquer sistema, e pode ser favorável ou desfavorável para o homem: a pressão que um gás ou vapor exerce sobre a pá de uma hélice, por exemplo, pode ser convertida em trabalho. Por outro lado, a pressão da água nas profundezas do oceano é um dos grandes desafios para os pesquisadores que buscam novas fontes de recursos naturais. Para problemas que envolvem gases e sólidos a expressão matemática utilizada para expressar pressão é dada por: Onde: é a pressão; é a força normal a superfície; é a área total onde a força é aplicada. Existe uma área da física que aborda o assunto pressão com restrição aos corpos rígidos. Esse assunto é estudado profundamente devido as sua extrema importância. Diferente da pressão nos fluidos, em corpos rígidos os átomos não tem tanta liberdade e acabam tendo seus movimentos restringidos, ou seja, não exercem pressão ao seu redor. Se pegarmos uma pedra e largarmos em uma superfície, a única pressão que a pedra exerce no sistema é a resultante de sua força peso e da área da sua base, que pressiona a mesa. Portanto, percebemos que a pressão dos sólidos é ocasionada necessariamente por uma força (a própria força peso, por exemplo) que usa o sólido como recurso para ampliar sua força e área. Este conjunto de informações é suficiente para refletir sobre as consequências dessas tensões no ambiente em que vivemos. Com a finalidade de proporcionar um maior entendimento sobre o conceito de pressão e força, apresentaremos alguns dados e teorias a seu respeito, associado às variáveis de peso, área, aceleração da gravidade e massa no qual afetam diretamente a pressão que um determinado corpo sofre. 2 - Objetivo Obter conhecimento sobre o conceito e aplicação de pressão que um corpo sólido exerce sobre uma superfície plana, conseguindo diferenciar as grandezas força e pressão. Conhecer e compreender o conceito de pressão. E por fim, adquirir o conhecimento de sólidos transmite integralmente a força aplicada sobre eles. 3 – Conceito Força Força designa um agente capaz de modificar o estado de repouso ou de movimento de um determinado corpo. São as características de uma força: Módulo é a intensidade da força aplicada; Direção é reta ao longo da qual ela atua; Sentido é dizer para que lado da reta em questão o esforço foi feito: esquerda, direita, norte, sul, leste, oeste. Sempre que se falar de uma grandeza vetorial deve-se ter em mente essas características. Dentro da mecânica temos a parte que estuda o movimento dos corpos e suas causas, chamada de dinâmica, e a parte que estuda as forças sobre corpos em repouso, chamada de estática. Estática é a parte da Física que estuda sistemas sob a atuação de forças que se equilibram. De acordo com a segunda Lei de Newton, tal sistema possui aceleração nula. De acordo com a primeira Lei de Newton, todas as partes desses sistemas estão em equilíbrio. Dinamômetro Para medir a intensidade de força existem aparelhos chamados de dinamômetros (dínamo= Força; metro= medida). Tal aparelho é graduado de forma a indicar o valor da força aplicada em uma de suas extremidades. Esses aparelhos são dotados de uma mola que se deforma à medida que uma força é aplicada sobre ela. As unidades de medida de força comumente utilizadas são o quilograma-força (kgf) e o newton (N). Para o caso de uma força, uma unidade muito utilizada na prática diária é 1 quilograma-força, que se representa por 1 kgf. Um quilograma-força é a força com que a Terra atrai o quilograma padrão (isto é, o seu peso) ao nível do mar e a 45° de latitude. O quilograma-força não é uma unidade força do SI (Sistema Internacional de Unidades). No SI, a unidade de medida de força é o newton (N), em homenagem a Sir Isaac Newton. Pressão Pressão é a força por unidade de área. Considere-se uma superfície de área A, sobre a qual se aplica uma força de valor F, perpendicular à superfície e uniformemente distribuída. A pressão atmosférica resulta da força gravídica, F = m × g que o ar exerce sobre a superfície da Terra. Como a intensidade da força é diretamente proporcional à área de superfície em contato com a atmosfera, F = ρ×A× h×g onde ρ é a densidade do ar, logo a pressão não depende da área sobre a qual atua. A razão entre a força aplicada e a área da superfície designa-se por pressão: A unidade SI (Sistema Internacional) de pressão é o Pascal: 4- Procedimentos Experimentais Materiais utilizados: - Régua 30 cm com escala de 1 mm; - Paquímetro; - 2 ganchos lastros; - 4 discos de metal (cilindro com 0,5 N de peso cada); - Borracha de apagar; - 1 percevejo - Papel milimetrado. - calculadora - dinamômetro 4.1- 1º EXPERIMENTO 4.1.1 - Procedimento: Dependurar no dinamômetro um gancho lastro; Determinar o peso do gancho lastro; Puxa levemente para baixo o gancho lastro. 4.1.2 – Resultados: Peso inicial do gancho lastro = 0,02N Ao puxá-lo levemente observamos que o resultado se alterou levemente, entendemos que dever ter agido a deformação da mola do dinamômetro. Fisicamente o resultado obtido é a atuação da força peso (Mg) do gancho no dinamômetro. Como consideramos a força gravitacional como 10 m/s² e a força peso = Massa do corpo x aceleração da gravidade (g), temos que 0,06 = M x 10, logo a massa do gancho é = 0,002 kg. – dependurar no dinamômetro dois ganchos lastros; Determinar o peso dos ganchos dois lastros; Como já referenciado anteriormente, considerando a força gravitacional como 10 m/s² e sendo a força peso = Massa do corpo x aceleração da gravidade (g) temos: Se 0,06 = M x 10, logo a massa do gancho é = 0,004 kg. Neste caso apenas ouve a confirmação que o que foi alterado foi a massa do corpo, mas também podemos observar que houve transmissão da força aplicada sobre os corpos. 4.2- 2º EXPERIMENTO 4.2.1 - Procedimento: Dependurar no dinamômetro dois ganchos lastros; Dependurar no dinamômetro com dois ganchos um peso de 0,5N; 4.2.2 – Resultados: Peso inicial dos dois ganchos lastros = 0,04N Resultado do conjunto gancho + cilindro = 0,54N Da mesma forma que o experimento anterior: Força gravitacional = 10 m/s² Fp = Mg 0,54 = M x 10 Massa do conjunto gancho + cilindro = 0,054 kg. Da mesma forma do experimento anterior, o que foi alterado foi a massa do corpo (conjunto). Em reação ao conjunto confirma-se que nos sólidos há transmissão da força por meio da tração. 4.3- 3º EXPERIMENTO Equações usadas A pressão e o peso são calculados com as seguintes fórmulas: p = P P = m.g A Onde:Onde: p = pressão (N/m²); m = massa (kg) P = Peso (N); g = aceleração da gravidade (m/s²) A = área (m²); As áreas circular e retangular são calculadas a com as seguintes fórmulas: Ac = π.r² Ar = l1.l2 Onde: Onde: Ac = área circular (m²); Ar = área retangular (m²); π = pi (3,14m); l1 = base (m) r = raio (m) l2 = altura (m) 4.3.1.1 – Procedimento 1 (percevejo de cabeça para baixo): Fixar o percevejo na borracha com cabeça para baixo; Medir a área da cabeça do cilindro; Acrescentar 4 cilindros de 0,5N cada; Medir a pressão exercida no conjunto; 4.3.1.2 – Resultados: Peso do conjunto (percevejo + cilindro) = 2N Se Peso = mg, 2N= M x 10, logo M co conjunto é 0,2kg. Se área circular = π.r² e o raio da cabeça do cilindro é = 3mm então Ac = 28,26 mm2. Se pressão = P/A, a pressão excedida na cabeça do percevejo será de 2 / 28,26 x 10-6 = 70,7 x 10-3 PA 4.3.2.1 – Procedimento 2 (percevejo de cabeça para cima): Fixar o percevejo na borracha com cabeça para cima; Medir a ponta do cilindro; Acrescentar 4 cilindros de 0,5N cada; Medir a pressão exercida no conjunto; 4.3.2.2 – Resultados: Peso do conjunto (percevejo + cilindro) = 2N Se Peso = mg, 2N= M x 10, logo M co conjunto é 0,2kg. Se área regular = l1.l2, sendo a medidas respectivas dos lados = 1mm, concluímos que a Ar é = 1mm2 Se pressão = P/A, a pressão excedida na ponta do percevejo será de 0,2/10-6 = 200 x 103 PA 4.4- 4º EXPERIMENTO 4.4.1 – Procedimento Pegar uma folha de papel milimetrado; Pisar sobre a folha; Delimitar a área em torno do pé com um lápis; Calcular área do pé; Calcular a pressão. Exercida pela pessoa sobre o chão. 4.4.2 – Resultados: Considerando a massa da pessoa de 50kg, e sendo Peso = MassaX aceleração da gravidade que consideramos 10m/s2 o peso será = 50 x 10= 500N : Considerando a área do pé retangular temos: L = 0,01m; A= 2x10-8 (considerando os dois pés) P=F/A, logo P= 500/10-8 = 2,5 x 107 N/m2 A pressão exercida da pessoa testada foi de 2,5 x 107. 5- DISCUSSÃO E CONCLUSÃO 5.1- quadro comparativo: Cabeça do percevejo Ponta do percevejo Raio 4,8 0,5 Área 72,34 x 10-6 0,785 X 10-6 Força exercida 2N 2N Pressão exercida 0,028 x 106 2,548 x 106 Como podemos observar apesar das forças exercidas seres exatamente iguais, pressão exercida se comporta de forma diferente. Neste caso a maior pressão é exercida quando a área de contato é menor. 5,1–Gráfico da relação pressão x área do percevejo 5.2 - Conclusão Com base nos dados analisados e com a ajuda dos gráficos, pôde-se observar que quanto menor a área, maior será a pressão sofrida do corpo. A força peso é constante independente da área, pois exerce uma carga de cima para baixo, portanto somente a altura influenciaria na força. Quando se considera uma força vertical, a pressão gravídica que atua verticalmente num corpo nele é independente da forma do corpo. 6 – BIBLIOGRAFIA HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física. v. 2. 6. ed. Rio de Janeiro, RJ 2006. Apostila de Física Experimental II, Roteiros para Experimentos de Física. pt.wikipedia.org/wiki/Pressão www.portalbrasil.net/medicina_pressao.htm www.brasilescola.com/fisica/forca.htm
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