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Objetivo Através de um fluído em equilíbrio foi notado quais as forças que atuam sobre uma porção do líquido em relação ao resto do fluído. Além de comparar o peso real com o peso aparente de objetos submetidos a força do empuxo. Bem como foi possível constatar, experimentalmente, a dependência entre o empuxo e o volume do líquido deslocado. Introdução É costume identificarmos os fluidos como substâncias que podem fluir (como os gases e os líquidos). Quando mergulhamos um corpo em líquido, aparentemente seu peso diminui, e em certas situações o corpo flutua, quando seu peso é totalmente anulado. Isso ocorre porque naturalmente existe uma força vertical de baixo para cima, exercida pelo líquido sobre o corpo, chamada empuxo. Através do Princípio de Arquimedes percebemos que a intensidade do empuxo, de um corpo mergulhado em um líquido em equilíbrio, é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo. Partindo disso nos deparamos com duas situações: Corpo totalmente imerso : o volume do fluido deslocado é o volume do próprio corpo; Corpo flutuando : o volume do fluido deslocado é igual à parcela do corpo que se acha imersa. Figura 1 (a): princípio de arquimedes Arquimedes formulou o seu princípio para a água, mas ele funciona para qualquer fluido até mesmo para o ar. Quando um corpo mais denso que o líquido está totalmente imerso, percebemos que o seu peso é aparentemente menor do que no ar. Este peso aparente é a diferença entre o peso real e o empuxo. Veja a fórmula abaixo: Resumindo, quando mergulhamos um corpo em um líquido, o corpo desloca uma quantidade de líquido igual a seu volume, e o peso desse volume de líquido deslocado é subtraído do peso do corpo pela força denominada empuxo. Figura 1 (b) peso real e peso aparente Autor:http://www.cdcc.usp.br/exper/medio/fisica/kit2_mecanicaII/exp4_mecII.pdf Portanto, num corpo que se encontra imerso em um líquido em repouso, actuam duas forças, ambas com mesmo centro de ação: peso e empuxo. Isto quer dizer que, para o objeto flutuar, o peso do líquido deslocado pelo objeto tem de ser maior que o próprio peso do objeto. Em contrapartida para que o corpo se mantenha suspenso no fluido, o empuxo tem que se igualar ao peso, isto é: Quando um objeto pesa mais que o volume do fluido por ele deslocado ele afunda até que o empuxo seja igual ao seu peso. Materiais Dinamômetro; Cilindro de nylon; Recipiente aparador; Paquímetro (incerteza = 0,05mm); Água; Béquer; Suporte (tripé universal com kit pêndulo simples); Garra de jacaré. Procedimento Experimental Primeiro com a ajuda de um paquímetro foi determinado as dimensões do Cilindro de nylon, posteriormente, foi calculado o volume do objeto. Sabendo a densidade do fluído, o valor da gravidade e o volume, anteriormente calculado, foi possível definir o empuxo. Assim os dados foram anotados e utilizados na tabela 1. Seguindo com a experiência foi medido o peso real, utilizando um dinamômetro, e o peso aparente, mergulhando o cilindro no fluído. Após anotado os dados calculamos o empuxo novamente com a fórmula ( ), repassando todos os resultados para a tabela 2. Por último, com um recipiente aparador, colhemos a quantidade de água ocupada por todo o seu volume, medimos seu peso e comparamos os valores teóricos e experimentais do empuxo. Comprovando assim o princípio de Arquimedes. Resultados e Discussão Após a apresentação dos materiais, vamos aos cálculos e às etapas do experimento: O primeiro item calculado foi o volume do cilindro, tendo como dados: diâmetro = 27,30 mm (que é igual a 27,3 x m); raio = 13,65 mm (que é igual a 13,65 x m); altura = 72,30mm (igual a 72,3 x m); e Obs.: volume do béquer = 400mL. (m³) V = 3,14 x (13,65 x )² x 72,3 x V = 42299,30 x = 42,2993 x ≈ 42,3 x m³ Seguindo o processo: Dados contidos na tabela 1. Tendo como dado: a densidade da água líquida ( = 1,0 x kg/ m³); a gravidade = 9,81 m/s²; o volume = 42,30 x m³; Além de sabermos que a fórmula do empuxo é E = .g. v (N), calculamos então o Empuxo (E): E = m . g m = . v E = .g. v (N) E = 1,0 x x 9,81 x 42,30 x = 414,96 x N Tabela 1: Dados teóricos Diâmetro (m) Raio (m) Altura (m) Volume (m³) Empuxo (N) 0,02730 0,01365 0,07230 42,3 x 414,96 x autor: autoria própria Para finalizar nossos cálculos, foi medido o peso real do cilindro e o peso aparente: Dados contidos na tabela 2. ; ; Assim calculamos o empuxo através da fórmula : E = 0,46 - 0,07 E = 0,39 N Tabela 2: Dados Experimentais Peso Real (N) Peso Aparente (N) Empuxo (N) 0,46 0,07 0,39 autor: autoria própria Por último, com o recipiente aparador, colheu-se a quantidade de água ocupada por todo o seu volume, o seu peso foi medido e anotado na tabela 3. Tabela 3: Dados Experimentais Peso do Recipiente (N) Peso do Recipiente + Líquido (N) Peso do Líquido (N) 0,22 0,66 0,44 autor: autoria própria Cálculo: N N N Conclusão Concluímos que podemos determinar o empuxo de um fluido através do princípio de arquimedes. Constatando, experimentalmente, a relação que se dá de dependência entre o empuxo e o volume do fluido deslocado. Além de definirmos as forças que atuam sobre o sistema demonstrando a fundamentação teórica de maneira prática e de duas formas diferentes: a primeira com relação ao peso real e o peso aparente; e a segunda com relação ao volume do fluido deslocado. Referências Livros: HALLYDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER J. Fundamentos de Física, Vol. 2: gravitação, ondas e termodinâmica. 8° Edição. Rio de Janeiro, LTC, 2011. Links: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfbEkAF/relatorio-fisica-acordo-com-principio-arquimedes-laboratorio http://catalogo.tecnoferramentas.com.br/produtos/mitutoyo/paquimetros https://pt.wikipedia.org/wiki/Impuls%C3%A3o www.infoescola.com/fisica/principio-de-arquimedes-empuxo/
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