AL_4_2025

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FACULDADE DE ENGENHARIA
Cursos de Licenciatura em Engenharia
Apostila de actividade laboratorial
Unidade Curricular: Física I Ano académico: I
Ano: 2025 Semestre: I
CHS (hrs): 2 Laboriatório: 4
Regente: Félix Tomo, MSc Assist: S. Tinga; E. Machiana; B. Matsinhe; V. Sultane e G. Massimbe
DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DA DENSIDADE DE LÍQUIDOS
1 Introdução
A densidade é uma propriedade física fundamental da matéria, representando a quantidade de massa contida em
um determinado volume. No caso dos líquidos, essa grandeza desempenha um papel essencial na compreensão
de diversos fenômenos naturais e industriais, sendo amplamente estudada na engenharia, nas ciências ambi-
entais, na indústria química e na física de fluidos. O conhecimento preciso da densidade de um fluido permite
prever seu comportamento em sistemas hidráulicos, misturas e processos químicos, além de ser um parâmetro
crucial em estudos sobre flutuabilidade, transporte de substâncias e dinâmica dos fluidos.
Existem diversos métodos experimentais para determinar a densidade de um líquido, sendo um dos mais
eficientes e acessíveis o uso do tubo em U. Esse método se baseia no Princípio de Stevin, um dos pilares da hi-
drostática, que estabelece que a pressão em um fluido em equilíbrio varia conforme a profundidade e a densidade
do próprio fluido. Quando dois líquidos não miscíveis são inseridos em um tubo em forma de U, suas alturas de
equilíbrio refletem a relação entre suas densidades. Dessa forma, ao medir essas alturas e conhecer a densidade
de um dos fluidos, é possível calcular a densidade do outro de maneira simples e precisa.
2 Objetivos da Aula
• Determinar experimentalmente a densidade de líquidos utilizando o tubo em U e o Princípio de Stevin;
• Verificar a relação matemática entre a altura das colunas de líquidos e suas respectivas densidades;
• Comparar os valores experimentais com valores teóricos de densidade;
• Avaliar as incertezas experimentais associadas às medições de altura dos líquidos;
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3 Base Teórica
A densidade absoluta ou massa específica (ρ) de um fluido é determinada através de um volume (∆V ) e sua massa
(∆m) equivalente a ele. Seu cálculo é obtido através da equação 1.
ρ = ∆m
∆V
(1)
Essa grandeza é uma propriedade específica, isto é, cada substância apresenta a sua própria, que a identi-
fica e a diferencia das outras a mesma temperatura. O principal equipamento utilizado para a determinação da
densidade é o densímetro. Além dele, é possível utilizar um tubo em U aberto para essa medição.
Neste caso, é preciso utilizar dois fluidos não miscíveis, um com a densidade conhecida e outro, a ser deter-
minado. A pressão sobre ambas as aberturas é equivalente à pressão atmosférica (1,013×105 Pa). Ao adicionar os
líquidos no tubo, percebe-se que as alturas dos fluidos, em ambos os lados, são diferentes, devido à diferença de
densidade (figura 1).
Figura 1: Tubo em U e as diferentes alturas dos fluidos, devido à diferença de densidade [?].
O tubo em U segue o princípio de Pascal, que enuncia que “uma variação da pressão aplicada em um fluido
incompressível, contido em um recipiente, é transmitida integralmente a todas as partes dos fluidos e às paredes
do recipiente”, conforme a equação 2.
∆P = ρg∆h (2)
Sendo assim, deve-se escolher dois pontos que estejam submetidos à mesma pressão e que envolvam os dois
fluidos, ou seja, o ponto de encontro dos dois fluidos e o ponto equivalente do outro lado do tubo. Sabendo
que a pressão é a mesma, podemos equacionar as alturas dos fluidos em relação às suas densidades, utilizando a
equação de Pascal.
Agora, consideremos um sistema com dois fluidos: um com densidade conhecida (ρ1), como a água, e o outro
com densidade desconhecida (ρ2), como o óleo ou petróleo. A diferença de altura (h1 e h2) nas colunas de fluido
gerada pela diferença de densidade pode ser relacionada pela seguinte equação:
ρ1 ·h1 = ρ2 ·h2 (3)
Esta relação é derivada da equação de Pascal e expressa o equilíbrio de pressões nos dois lados do tubo em U.
Como a densidade da água (ρ1) é conhecida, podemos resolver para a densidade do fluido desconhecido (ρ2):
ρ2 = ρ1 · h1
h2
(4)
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Essa equação mostra que a densidade do fluido desconhecido (ρ2) pode ser determinada pela densidade de
um fluido de referência (ρ1) e a razão entre as alturas dos fluidos (h1/h2) no tubo em U.
A relação entre as alturas h1 e h2 é fundamental, pois, à medida que o fluido com densidade maior for colocado
em um dos lados, a altura h1 será maior, enquanto o fluido com densidade menor terá uma altura h2 maior, de
acordo com a equação 3. Esse tipo de experimento é utilizado com frequência para determinar a densidade de
óleos e derivados de petróleo, já que a densidade desses líquidos pode variar significativamente dependendo de
sua composição e temperatura.
Essa técnica de medição é particularmente útil em contextos industriais, como no controle da qualidade de
petróleo, onde a densidade pode fornecer informações valiosas sobre o tipo e a qualidade do produto. A precisão
na medição das alturas e a utilização de fluidos de densidade bem conhecida são fundamentais para garantir a
acurácia dos resultados obtidos.
3.1 Material Necessário
Para a realização da determinação de densidade de fluidos utilizando o tubo em U e o princípio de Pascal, os
seguintes materiais serão necessários:
1. Tubo em U de vidro ou material adequado para suportar os líquidos a serem utilizados.
2. Três líquidos não miscíveis (por exemplo, água, óleo ou petróleo), sendo um de densidade conhecida e
outro de densidade desconhecida.
3. Régua de medição ou calibrador para medir as alturas (h1 e h2) dos fluidos no tubo em U.
4. Suporte para manter o tubo em U em posição vertical durante o experimento.
5. Termômetro para controlar a temperatura, já que a densidade pode variar com a temperatura.
6. Pipetas ou buretas para adicionar os líquidos no tubo com precisão.
7. Aquecedor para aelevar a temperatura dos líquidos.
3.2 Procedimento Experimental
• Posicione o tubo em U verticalmente em um suporte estável. O tubo deve estar limpo e livre de impurezas
para garantir a precisão dos resultados.
• Preencha ambos os lados do tubo com os dois líquidos não miscíveis. O líquido com densidade conhecida
(como água) deve ser colocado de um lado, e o fluido desconhecido (como óleo ou petróleo) do outro. Use
um tubo para cada líquido de densidade desconhecida.
• Utilize uma régua ou calibrador para medir as alturas (h1 e h2) dos fluidos no tubo. A altura h1 é a altura do
fluido com densidade conhecida, e h2 é a altura do fluido com densidade desconhecida.
• Registre a temperatura dos líquidos durante o experimento. A densidade pode variar com a temperatura,
então é importante manter as condições constantes ou realizar a correção para a temperatura experimental.
• Repita o procedimento anterior para cada fluído em 8 medições.
• Altere a temperatura da água e do óleo, aquecendo num aquecedor e repita o procedimento anterior. Anote
as temperaturas dos dois fluidos para a aferição das suas densidade teóricas.
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4 Orientações para o Relatório
1. Determinar os valores médios das densidades dos líquidos;
2. Calcular as incertezas expandidas e percentuais das medições das alturas;
3. Comparar os valores experimentais com os teóricos, verificando a consistência dos resultados;
4. Incluir todos os dados experimentais acompanhados de seus respectivos desvios;
5. Analisar o efeito da alteração da temperatura nos valores da densidade.
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	Introdução
	Objetivos da Aula
	Base Teórica
	Material Necessário
	Procedimento Experimental
	Orientações para o Relatório