Atividade pratica Fisica Termodinamica e ondas

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Densidade e fl utuabilidade
Objetivo
Aprender a distinguir quando um objeto irá boiar ou afundar. 
Introdução
Eureca! De acordo com uma lenda popular, no século III a.C., o matemático grego Arqui-
medes descobriu que havia uma relação entre a quantidade de água deslocada pelo seu corpo 
ao entrar em uma banheira e o empuxo que o fazia se sentir mais leve dentro da água. Foi a 
partir dessa descoberta que o princípio de Arquimedes foi descrito. Esse princípio afirma que 
“um corpo imerso em um fluido sofre um empuxo igual ao peso do volume de fluido deslocado 
pelo corpo”. 
Por que alguns corpos fl utuam e outros afundam? 
A resposta depende da densidade do corpo e do fl uido em que ele é imerso. Densidade é a massa 
de um corpo por unidade de volume. A equação matemática para densidade é:
densidade = massa/volume ou d = m/V
A resposta para a pergunta acima também depende do volume de fl uido deslocado pelo corpo. 
A forma do corpo afeta o volume de fl uido deslocado — o que explica por que um bloco sólido de 
ferro afunda, enquanto a mesma massa de ferro em forma de um barco fl utua. 
Habilidades em foco
Solucionar problemas, calcular, aplicar conceitos, fazer previsões, tirar conclusões.
Procedimento
Inicie o Virtual Physics e selecione Density and Buoyancy na lista de atividades. O programa vai 
abrir a bancada de estudos sobre densidade (Density).
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Densidade e flutuabilidade82
Preencher
Cilindro
pela metade
Béquer vazio
Selecionar
o fluido
(ordem alfabética)
Selecionar
o cilindro
Abrir janela
de ampliação
proveta
Reiniciar o
experimento
Esvaziar o cilindro
Depósito de bolas
(ordem alfabética de materiais)
Você vai medir a densidade de objetos sólidos e de vários fluidos com a intenção de tentar prever 
se os objetos sólidos afundam ou flutuam. Você também vai calcular o empuxo exercido sobre 
os sólidos em um dos fluidos. Ache a bola de gelo (Ice), entre as bolas penduradas na parede, e 
arraste-a para o prato da balança. Anote a massa na Tabela de dados 1. 
Use as setas para cima e para baixo no painel de controle para selecionar o fluido. Selecione o 
Virtual Fluid B. Este é um fluido virtual único usado somente neste laboratório virtual. Clique 
no botão Full abaixo do painel para ativar a opção de encher completamente o cilindro. 
Clique no botão Fill para despejar o fluido no cilindro de 250 mL selecionado. Você pode se-
lecionar outros cilindros usando as setas verdes logo acima da “boca de saída” de fluidos. Clique 
na parte superior do cilindro para ampliar a leitura no nível do fluido (Zoom). Anote o volume 
do fluido virtual na Tabela de dados 1.
Arraste a bola de gelo e solte-a na “boca” do cilindro preenchido com o fluido virtual. Clique no 
botão verde Drop para soltar a bola de gelo dentro do cilindro. O novo volume, contando flui-
do virtual e a bola, poderá ser lido na janela com o cilindro ampliado. Anote o volume na tabela.
Solucionando problemas A partir de suas medições, como determinar o volume da bola 
de gelo?
Repita as etapas 2 a 5 para testar outras duas amostras: alumínio (Aluminium) e madeira de 
pinheiro (Pine Wood). Anote suas medições na Tabela de dados 1. 
Calcule o peso de cada objeto. Lembre-se: peso = massa × força da gravidade (g). Use as massas 
em quilogramas e g = 9.8 m/s2.
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Densidade e flutuabilidade 83
Tabela de dados 1
Amostra
Massa 
da 
amostra 
(kg)
Volume 
do 
fluido 
virtual 
(mL)
Volume 
do fluido 
virtual + 
amostra 
(mL)
Volume 
da 
amostra 
(mL)
Peso 
do 
sólido 
(N)
Densidade 
(g/mL)
Empuxo 
exercido 
pelo óleo 
de oliva 
(azeite) 
(N)
Gelo
Alumínio
Madeira 
(pinheiro)
Densidade de um líquido
Use as setas para cima e para baixo no painel de controle para percorrer as opções de fluido. 
Selecione etanol (Ethanol ). Clique no botão Full abaixo do painel para ativar a opção de en-
cher o cilindro completamente com o fluido. Clique no botão Fill para despejar no cilindro a 
quantidade selecionada de fluido. Clique na parte superior do cilindro para ampliar a leitura no 
nível do fluido (Zoom). Anote o volume na Tabela de dados 2.
Arraste o béquer vazio localizado em cima da bancada até a balança e anote sua massa na Tabela 
de dados 2.
Pegue o cilindro preenchido com etanol e derrame o conteúdo dentro do béquer vazio. Anote a 
massa de etanol e do béquer na Tabela de dados 2.
Solucionando problemas De que maneira podemos determinar a massa do etanol e do 
béquer?
Anote a massa do etanol na Tabela de dados 2. Clique na alavanca azul ao lado do cilindro para 
esvaziá-lo (Empty). 
Repita as etapas 8 a 11 para obter as densidades da água (Water) e do azeite (Olive Oil). Anote 
seus resultados na Tabela de dados 2. 
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Densidade e flutuabilidade84
Tabela de dados 2
Amostra Volume da amostra (mL)
Massa do 
béquer 
vazio (g)
Massa do 
béquer + 
amostra (g)
Massa da 
amostra (g)
Densidade 
(g/mL)
Etanol
Água
Azeite
Análise e conclusão
Calculando Use a equação da densidade para calcular a densidade de cada amostra sólida. 
Anote seus resultados na Tabela de dados 1.
Calculando Use a mesma equação para calcular a densidade dos fluidos. Anote seus resulta-
dos na Tabela de dados 2.
Aplicando O que determina se um objeto flutua ou afunda: o peso ou a densidade do ob-
jeto? Explique.
Fazendo Previsões Qual sólido vai flutuar no azeite? Explique. 
Calcule o empuxo exercido sobre cada um dos objetos imersos no azeite. Você já calculou o vo-
lume do fluido deslocado por cada objeto imerso no azeite e a densidade do azeite. Use a equa-
ção da densidade para calcular a massa do volume de azeite deslocado. Para calcular o empuxo, 
você necessita do peso do azeite deslocado em cada um dos casos. 
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Empuxo sobre um objeto = peso do fluido deslocado = massa do fluido deslocado × g
Anote seus resultados na Tabela de dados 1. Agora você consegue saber se um objeto vai afundar 
ou flutuar: basta comparar o peso do objeto e o empuxo exercido sobre ele. Se a força de em-
puxo é maior do que o peso, o objeto vai flutuar, já que a força empurrando o objeto para cima 
(empuxo) é maior do que a força empurrando o objeto para baixo (peso). Compare as duas 
forças para prever quais objetos vão flutuar.
Teste suas previsões. Preencha três cilindros com azeite e coloque um objeto em cada cilindro 
e para observar se eles flutuam ou afundam (você pode soltar as três bolas ao mesmo tempo 
usando All).
Fazendo previsões O que aconteceria se o cilindro fosse preenchido com água e azeite ao 
mesmo tempo?
Preencha um dos cilindros com metade de azeite e metade de água para testar sua previsão. 
Clique no botão ½ no controle de distribuição antes de clicar em Fill, assim você conseguirá 
preencher o cilindro pela metade com azeite. Em seguida, selecione a água como fluido e clique 
em Fill novamente, para preencher a outra metade do cilindro. 
Tirando conclusões O que você observaria se os três sólidos e os três líquidos fossem 
misturados no mesmo cilindro, ao mesmo tempo? Liste os sólidos e líquidos na ordem em 
que eles estariam dispostos no cilindro, de cima para baixo. Explique como você determinou 
essa ordem.
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Pressão e volume de gases
Objetivo
Descobrir como o volume de um balão, preenchido com gás, é afetado ao exercermos diferentes 
pressõessobre ele. 
Introdução 
O fi lósofo e teólogo Robert Boyle estudou as propriedades dos gases no século XVII. Ele percebeu que 
os gases se comportavam como molas. Ao comprimir ou expandir, os gases tendem a voltar ao seu volume 
original. Boyle estudou a relação entre a pressão e o volume de um gás e resumiu seus resultados no que 
hoje são as chamadas de leis de Boyle. Neste experimento, você terá a oportunidade de fazer observações 
parecidas com as de Robert Boyle, ao alterar a pressão de um gás e observar como isso afeta seu volume. 
Habilidades em foco
Desenhar gráfi cos, tirar conclusões, interpretar dados, fazer previsões. 
Procedimento
Inicie o Virtual Physics e selecione Pressure and Volume of a Gas na lista de atividades. O programa 
vai abrir a bancada de estudos sobre gases (Gases). O balão na câmara está preenchido com um gás 
à temperatura de 25 °C. A pressão do gás é de 100 kPa e o volume do balão é de 7 436 cm3. 
Alavanca para
alterar a pressão
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Pressão e volume de gases88
Fazendo previsões Você irá aumentar a pressão do balão. O que você imagina que aconte-
cerá com o volume do balão?
Observe a pressão e o volume inicial do gás e anote-os na tabela abaixo. Agora clique no núme-
ro 1 da janela de pressão (Pressure). O dígito deve ficar verde. Digite “2” para alterar a pressão 
para 200 kPa. Anote a pressão e o novo volume na tabela. Repita esse passo, agora aumentando 
pressão para 300 kPa. Continue aumentando a pressão de 100 em 100 kPa até atingir a pressão 
de 700 kPa, sempre preenchendo a tabela.
Pressão (kPa) Volume (cm3)
Análise e conclusão
Desenhando gráficos Faça um gráfico utilizando os dados da tabela. Identifique o eixo 
horizontal com Pressão (kPa) e o eixo vertical com Volume (cm3).
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Pressão e volume de gases 89
Tirando conclusões Seus resultados corroboraram o que você havia previsto?
Interpretando dados A relação entre pressão e volume é linear ou não linear?
Fazendo previsões O que aconteceria com o volume de um gás se diminuíssemos a pressão?
Diminua a pressão do balão para testar sua previsão. Arraste a alavanca do controlador de 
pressão para baixo até que o dígito das dezenas fique azul; segure a alavanca nessa posição. 
Isso vai diminuir a pressão. O que acontece com o volume do balão? Qual a relação entre 
volume e pressão?
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Calor específi co de metais
Objetivo
Comparar o calor específi co da água com o de alguns metais comuns e tirar conclusões relacio-
nadas à aplicação dessas propriedades.
Introdução
É refrescante pular em uma piscina em um dia quente de verão porque a água está mais fresca que o ar 
e o chão ao seu redor. Isso pode parecer estranho, já que o Sol está aquecendo tanto a água quanto o chão, e 
sugere que algumas substâncias necessitam de mais calor para aumentar sua temperatura em relação a ou-
tras. A quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 g de certa substância em 1 °C é o que 
chamamos de calor específi co dessa substância. A água, por exemplo, tem calor específi co de 4.18 J/(g · °C).
Neste experimento, você vai comparar o calor específi co de metais comuns com o calor específi co da água. 
Você também vai observar como o calor específi co afeta a variação de temperatura de uma substância.
Habilidades em foco
Efetuar medições, calcular, aplicar conceitos, analisar, fazer previsões, planejar experimentos.
Procedimento
Inicie o Virtual Physics e selecione Specifi c Heat of Metals na lista de experimentos. O programa 
vai abrir a bancada de calorimetria (Calorimetry).
Lixeira
Alumínio
na balança
Torneira
de água
Acelerador
do tempo
Calorímetro com 100 mL de água
Forno
Haste
Janela do
mostrador de
temperatura
do calorímetro
Proveta de 100 mL
Almoxarifado
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Calor específico de metais92
Meça o calor específico do alumínio (Al) e de aço inoxidável, dois metais comuns. Para que não haja 
confusão sobre a amostra que é testada, anote seus resultados na tabela. Clique no Lab book para 
abri-lo. Anote a massa, em gramas, da amostra de alumínio (Aluminum) que está na balança. Se 
não conseguir visualizar o valor, clique na balança (Balance) para ampliar e, depois, clique em 
Zoom out para retornar à bancada.
Arraste a amostra de alumínio da balança para o forno (Oven). O forno está programado para 
aquecer até 200 °C (não se esqueça de clicar na porta para fechá-lo).
O calorímetro localizado no centro da mesa foi preenchido com 100 mL de água. A densidade 
da água à 25 °C é de 0.998 g/mL. Determine a massa da água utilizando os dados de densidade e 
volume. Anote os dados na tabela a seguir.
Certifique-se de que o agitador está ligado (você deve ver a haste rodando). Clique na janela do 
termômetro para trazê-la à frente e, em seguida, clique em Save para registrar seus dados. 
Deixe o termômetro na água de 20 a 30 segundos para obter uma temperatura base para a água.
Efetuando medições Clique no forno 
para abri-lo. Arraste a amostra de alumínio do 
forno até que seja colocada acima da tampa 
preta do calorímetro e, então, solte-a. Clique 
nas janelas do termômetro e do gráfico para 
trazê-las para frente e observe a mudança de 
temperatura até que um valor constante seja atingido. Espere mais 20-30 segundos e aperte 
Stop na janela do termômetro. Um link de dados vai aparecer em seu Lab book. Clique no link e 
anote na tabela os dados de temperatura antes de adicionar o alumínio e a temperatura máxima 
atingida depois de o ter adicionado. (Lembre-se de que a água começará a esfriar após atingir a 
temperatura de equilíbrio). 
Repita o experimento com a amostra de aço inoxidável. Clique na lixeira vermelha no canto es-
querdo da tela para limpar a bancada (Cleanup Lab Bench). Clique no almoxarifado (Stockroom) 
parar entrar. Clique duas vezes no calorímetro de Dewar para movê-lo para o balcão. Clique no 
armário de amostras metálicas (Metals) e abra a última gaveta clicando nela; as amostras estão 
organizadas alfabeticamente. Clique duas vezes na amostra de aço (Steel) para selecioná-la e 
então clique em Zoom Out. Clique duas vezes na placa de Petri com a amostra selecionada 
(Stainless Steel) para levá-la ao balcão. Retorne ao laboratório (Return to Lab).
Mova a placa de Petri com a amostra até a região realçada ao lado da balança. Clique na balança 
(Balance) para aproximar e, em seguida, clique em Tare para zerar a balança. Coloque a amostra 
de metal no prato da balança e anote a massa na tabela a seguir. Retorne à bancada (Zoom Out).
Clique duas vezes no calorímetro para posicioná-lo adequadamente na bancada. Clique na por-
ta do forno para abri-lo e arraste a amostra de aço para dentro dele. Clique novamente na porta 
do forno para fechá-la. Mude a temperatura do forno para 200 °C clicando diversas vezes no 
botão acima do dígito da dezena. Encha a proveta com 100 mL de água segurando-a embaixo da 
torneira até que ela retorne à bancada. Coloque a água no calorímetro. Ligue o agitador (Stir) 
e o termômetro. Clique no botão Graph e, em seguida, em Save. Mova a amostra do forno e 
coloque-a no calorímetro. Siga os mesmos procedimentos realizados com a amostra de alumí-
nio para obter o valor da temperatura de equilíbrio. Anote suas observações na tabela abaixo.
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Você pode clicar no relógio na parede 
identificado como Accelerate, para acele-
rar o tempo de laboratório.
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Calor específico de metais 93
Alumínio Aço 
Massa de metal (g)
Volume de água (mL)
Massa de água(g)
Temperatura inicial da água (°C)
Temperatura inicial do metal (°C)
Temperatura máxima da água + amostra (°C)
Calor específico (J/[g · °C])
Análise e conclusão
Calculando Determine a variação de temperatura da água (DT
água
).
Calculando Calcule o calor (Q) adquirido pela água utilizando a seguinte equação:
Q
água
 = m
água
 ⋅ DT
água
 ⋅ c
água
, dado c
água
 = 4.184 J/(g °C)
Calculando Determine a variação de temperatura do alumínio (DT
Al
).
Calculando Sabendo que o calor adquirido pela água é igual ao calor perdido pelo metal 
(e, por isso, o Q é negativo), calcule o calor específico do alumínio. 
Note que:
Q
água
 = –Q
Al
 = m
Al
 ⋅ DT
Al
 ⋅ c
Al
Resolvendo a equação acima para o calor específico, temos:
c
Q
m TAl
metal
metal metal
=
( )( )D
Anote seus resultados na tabela.
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Calor específico de metais94
Calculando Calcule o calor específico para o aço e anote-o na tabela.
Aplicando conceitos O calor específico é uma maneira numérica de expressar a quantidade 
de calor necessário para aquecer uma substância por 1 °C. O calor necessário para aquecer 
uma substância com calor específico baixo é menor do que o calor necessário para aquecer uma 
substância com calor específico alto. Descreva o que aconteceria com a temperatura de uma lata 
de aço e de uma lata de alumínio ao retirá-las do congelador. Inclua o conceito de calor especí-
fico na sua discussão.
Analisando Muitas panelas são feitas de aço ou alumínio. Discuta qual tipo de panela seria 
melhor.
Você acabou de calcular o calor específico de dois metais comuns. Agora observe diferenças no 
calor de outra maneira.
Prevendo A mesma quantidade de calor é aplicada à determinada massa de água e à mesma 
massa total de água e aço. Qual amostra atingirá uma temperatura mais alta? Explique.
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Calor específico de metais 95
Planejando experimentos Desenhe e execute um experimento para testar sua hipótese. Re-
suma seu experimento e informe seus resultados. Observe também o resfriamento da água pura e 
da amostra de água com aço. Descreva as diferenças no resfriamento dessas duas amostras. 
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