Empuxo (1)

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E 
TECNOLOGIA GOIANO 
 
 
CAMPUS RIO VERDE GO 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL I 
A COMPROVAÇÃO EXPERIMENTAL DO EMPUXO 
 
 
 
 
 
 
Segundo relatório de física experimental I 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rio Verde GO 
03/09/2015 
 
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, 
CIÊNCIA E TECNOLOGIA GOIANO 
 
 
CAMPUS RIO VERDE GO 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL I 
A COMPROVAÇÃO EXPERIMENTAL DO EMPUXO 
 
 
 
 
 
Professor: Gustavo Quereza 
Alunos (as): Eduardo Felix Costa 
Fábio Alves Leão 
Felipe Monteiro da Silva 
Felipe Torres da Silva 
Lara D. de Campos 
 
 
 
 
 
Rio Verde GO 
03/09/2015 
 
1 RESUMO 
 
Este trabalho tem como finalidade a comprovação experimental do Empuxo 
levando em consideração o princípio da impenetrabilidade dos corpos e o Princípio de 
Arquimedes tendo-o como responsável pela leveza dos corpos quando submergidos em 
um fluido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 INTRODUÇÃO 
 
Diz-se que em um dia, enquanto tomava banho, Arquimedes percebeu que o 
líquido estava exercendo uma força sobre seu corpo que o empurrava para cima 
deixando- o mais leve. Arquimedes chamou tal força de Empuxo. Com isso o Princípio 
de Arquimedes diz que todo corpo imerso em um fluido sofre uma força (Empuxo) 
vertical que o leva para cima, possuindo esta intensidade igual ao peso do fluido 
deslocado pelo corpo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 
 
Foram utilizados no experimento os seguintes materiais: 
 
01 Sistema de sustentação: tripé com sapatas niveladoras amortecedoras, haste principal 
e mesa suporte Arete; 
01 Cilindro de Arquimedes com recipiente e êmbolo; 
01 Dinamômetro de 2N; 
01 Béquer de 250 ml; 
01 Seringa de 20 ml (sem agulha); 
01 Régua. 
 
 
 
 
 
 Inicialmente colocou cerca de 200 ml de água no béquer, submergiu metade do 
êmbolo no béquer e verificou 0,2N de força. Em seguida submergiu o êmbolo 
totalmente e verificou 0,4N de força, posteriormente mediu a força do êmbolo fora da 
água resultando em uma força de 0.8N. Diante desses resultados constatamos a aparente 
diminuição do peso do êmbolo quando submergido na água, confirmando a teoria do 
princípio de Arquimedes. 
 Volume de líquido deslocado com a metade do corpo submerso foi de 25 ml, 
portanto a densidade do objeto é: 
 
P=m.g 
0,8=m.9,8 
m=0,08163kg 
 
d=m:v 
d=0,08163:0,025 
d=3,265 kg/m3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 DESENVOLVIMENTO TEÓRICO 
 
DENSIDADE 
 
A densidade é uma propriedade específica de cada material que serve para 
identificar uma substância. Essa grandeza pode ser enunciada da seguinte forma: 
 
 
 
 
Matematicamente, a expressão usada para calcular a densidade é dada por: 
 
 
 
A unidade de densidade no SI é o quilograma por metro cúbico (kg/m3), embora 
as unidades mais utilizadas sejam o grama por centímetro cúbico (g/cm3) ou o grama 
por mililitro (g/mL). Para gases, costuma ser expressa em gramas por litro (g/L). 
Conforme se observa na expressão matemática da densidade, ela é inversamente 
proporcional ao volume, isto significa que quanto menor o volume ocupado por 
determinada massa, maior será a densidade. Desse modo, vemos que a densidade de 
cada material depende do volume por ele ocupado. E o volume é uma grandeza física 
que varia com a temperatura e a pressão. Isso significa que, consequentemente, a 
densidade também dependerá da temperatura e da pressão do material. Um exemplo que 
nos mostra isso é a água. Quando a água está sob a temperatura de aproximadamente 
4ºC e sob pressão ao nível do mar, que é igual a 1,0 atm, a sua densidade é igual a 1,0 
g/cm3. No entanto, no estado sólido, isto é, em temperaturas abaixo de 0ºC, ao nível do 
mar, a sua densidade mudará – ela diminuirá para 0,92 g/cm3. 
Note que a densidade da água no estado sólido é menor que no estado líquido. 
Isso explica o fato de o gelo flutuar na água, pois outra consequência importante da 
densidade dos materiais é que o material mais denso afunda e o menos denso flutua. 
 
 
 
EMPUXO 
 
Ao entrarmos em uma piscina, nos sentimos mais leves do que quando estamos 
fora dela. Isto acontece devido a uma força vertical para cima exercida pela água a qual 
chamamos Empuxo, e a representamos por . O Empuxo representa a força resultante 
exercida pelo fluido sobre um corpo. Como tem sentido oposto à força Peso, causa o 
efeito de leveza no caso da piscina. A unidade de medida do Empuxo no SI é o Newton 
(N). 
 
 
 
 
 O Princípio da Impenetrabilidade, está amparado na Lei de Newton, que ensina 
que "dois corpos não podem ocupar o mesmo lugar no espaço ao mesmo tempo. 
 
PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES 
 
Foi o filósofo, matemático, físico, engenheiro, inventor e astrônomo grego 
Arquimedes (287a.C. - 212a.C.) quem descobriu como calcular o empuxo. Arquimedes 
descobriu que todo o corpo imerso em um fluido em equilíbrio, dentro de um campo 
gravitacional, fica sob a ação de uma força vertical, com sentido oposto a este campo, 
aplicada pelo fluido, cuja intensidade é igual a intensidade do Peso do fluido que é 
ocupado pelo corpo. O princípio de Arquimedes diz que um corpo imerso num fluido 
sofre um empuxo que é igual ao peso do volume de fluido deslocado pelo corpo. A 
razão entre o peso do corpo e o empuxo sobre ele exercido pelo fluido é igual à 
densidade do corpo relativa à do fluido. 
Assim: 
 
 
 
Onde: 
 
=Empuxo (N) 
=Densidade do fluido (kg/m³) 
=Volume do fluido deslocado (m³) 
g=Aceleração da gravidade (m/s²) 
 
O valor do empuxo não depende da densidade do corpo que é imerso no fluido, 
mas podemos usá-la para saber se o corpo flutua, afunda ou permanece em equilíbrio 
com o fluido: 
Se: 
 Densidade do corpo > densidade do fluido: o corpo afunda 
 Densidade do corpo = densidade do fluido: o corpo fica em equilíbrio com o 
fluido 
 Densidade do corpo < densidade do fluido: o corpo flutua na superfície do fluido 
 
PESO APARENTE 
 
Quando um corpo mais denso que um líquido é totalmente imerso nesse líquido, 
observamos que o valor do seu peso, dentro desse líquido, é aparentemente menor que 
no ar. A diferença entre o valor do peso real e do peso aparente corresponde à força de 
empuxo exercida pelo líquido. Assim, 
 
Paparente = Preal – E 
 
Conhecendo o princípio de Arquimedes podemos estabelecer o conceito de peso 
aparente, que é o responsável, no exemplo dado da piscina, por nos sentirmos mais 
leves ao submergir. Peso aparente é o peso efetivo, ou seja, aquele que realmente 
sentimos. No caso de um fluido: 
 
 
 
EQUILÍBRIO DE CORPOS IMERSOS E FLUTUANTES 
 
Vamos considerar um corpo mergulhado em um líquido. Sabemos que apenas 
duas forças agem sobre ele: o seu peso P e o empuxo E. 
 
Distinguem-se três casos: 
 
1º caso: o peso é maior que o empuxo ( P > E ) 
 
Neste caso, o corpo descerá com aceleração constante (condições ideais). Verificando-
se as expressões de P e E, conclui-se que isso acontecerá se densidade do corpo for 
maior que a densidade do líquido, isto é, dC > dL. 
 
2º caso: o peso é menor que o empuxo ( P < E ). 
Neste caso, o corpo subirá com aceleração constante até ficarflutuando na 
superfície do líquido. Isso acontecerá quando a densidade do corpo for menor que a 
densidade do líquido, isto é, dC < dL. Quando o corpo, na sua trajetória de subida, 
aflorar na superfície do líquido, o empuxo começará a diminuir, pois diminuirá a parte 
submersa e, portanto, o volume do líquido deslocado. O corpo subirá até que o empuxo 
fique igual ao peso do corpo, que é constante. Nessa condição ( P = E ) o corpo ficará 
em equilíbrio, flutuando no líquido. 
 
3º caso: o peso é igual ao empuxo ( P = E ) 
 
 
Neste caso, o corpo ficará em equilíbrio, qualquer que seja o ponto em que for colocado. 
Isto acontecerá quando a densidade do corpo for igual a densidade do líquido, isto é 
dC = dL 
 
 
 
 
5 RESULTADO E DISCUSSÃO 
 
A análise dos experimentos nos mostrou que o peso do corpo diminui ao 
ser mergulhado em líquidos e o motivo dessa perda aparente de peso é relativo à força 
vertical para cima conhecida com empuxo. Pode-se observar em relação ao peso do 
conjunto que houve uma diminuição da força peso quando o cilindro não estar 
mergulhado em um líquido para quando está, isso ocorre pois quando mergulhado em 
algum líquido há o fenômeno de empuxo, uma força contraria ao peso do cilindro, essa 
força apresenta direção vertical e sentido para cima. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 CONCLUSÃO 
 
A partir do experimento realizado em laboratório, podemos observar que o 
empuxo pode ser utilizado para medir a densidade dos objetos, e que fluidos podem ser 
qualquer liquido ou gás. Concluímos que o Empuxo é uma força contrária ao peso, que 
tenta expulsar o corpo do líquido. Com isso, vemos que o empuxo nada mais é do que o 
peso do liquido deslocado. Observamos que há uma diferença entre a força peso de um 
corpo em ar livre e mergulhado em algum líquido, e essa força diminui quando o corpo 
se encontra mergulhado em um líquido, isso ocorre pelo fenômeno de empuxo. Temos 
em nosso experimento, assim como na literatura, que a direção da força empuxo é 
vertical e sentido para cima. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/EstaticaeHidrostatica/empuxo.php, 
acesso em 29/08/2015. 
http://www.brasilescola.com/quimica/densidade.htm, acesso em 29/08/2015. 
Halliday, David et al. (2008). Fundamentos de Física; vol. II, 8. Edição; LTC Livros 
Técnicos e Científicos S.A., Rio De Janeiro, RJ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 ANEXOS 
 
QUESTÕES 
 
Resposta: 
PCFL= 0,8N 
Pacdl: V= 200 mL; P= 0,49 N 
 
4.5. Justifique a aparente diminuição ocorrida no peso do conjunto (êmbolo + 
recipiente) ao submergir o êmbolo na água? 
Resposta: Isto ocorre devido a ação do empuxo que atua na mesma direção que a força 
peso, porém com sentido contrário. 
 
4.6. Como você determina o módulo da força que provocou a aparente diminuição 
sofrida pelo peso do corpo? 
Resposta: Esta força é denominada de empuxo e é simbolizada por E. 
E= Peso - Peso Submerso. 
 
4.7. Qual a direção e o sentido do empuxo E? 
Resposta: O empuxo tem direção vertical e sentido para cima. 
 
Determine o módulo do empuxo, no caso de submergirmos somente a metade do 
êmbolo? 
Resposta: E= 0,8 - 0,6= 0,20 N. 
4.8. Crie uma situação em que são fornecidas duas das três variáveis abordadas até o 
momento (peso do corpo fora do líquido, peso aparente do corpo dentro do líquido e o 
empuxo) e determine a grandeza em falta. 
 
Resposta: 
 
Resposta: Um corpo de massa 3.500 kg, fora de certo líquido, tem peso 34.300 N. 
Apesar de parecer uma grande quantidade de massa, seu peso dentro deste líquido é de 
20.000 N. Para manter o corpo em equilíbrio, existe uma força atuando neste corpo. 
Determine a força E (empuxo), que atua contrariamente à força peso do corpo. 
 
Resposta: E = PCFL - PACDL → 34.300 – 20.000 = 14.300 N → E = 14.300 N 
 
 
4.9. Justifique o motivo pelo qual o empuxo tem de ser uma força. 
 
 Resposta: O empuxo é considerado força, primeiramente, pois, é necessária uma força, 
para variar a força resultante. Além disso ele também pode ser medido em um 
dinamômetro. 
 
 
4.9. Justifique a razão pela qual foi utilizada a expressão "aparente diminuição sofrida 
pelo peso do corpo" e não "diminuição sofrida pelo peso do corpo". 
 
 Resposta: Pois, na verdade não existe uma diminuição do peso, e sim uma nova força 
de sentido oposto.