PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES, COMPROVAÇÃO EXPERIMENTAL DO EMPUXO E A INFLUENCIA DA DENSIDADE DO LÍQUIDO SOBRE O EMPUXO.

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NOME: Carlos Henrique Azevedo da Silva Matrícula:20151114000077
DISCIPLINA: Física experimental II Turma: Física
PROFESSOR: Hygor Piaget DATA: 27/06/17
PRÁTICA 02: PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES, COMPROVAÇÃO EXPERIMENTAL DO EMPUXO E A INFLUENCIA DA DENSIDADE DO LÍQUIDO SOBRE O EMPUXO.
Acaraú-CE
1.Objetivos
Reconhecer a presença do empuxo em função da aparente diminuição de força peso de um corpo submerso em um líquido.
Reconhecer, experimentalmente, a dependência do empuxo em função do volume do líquido deslocado e da densidade do líquido.
Reconhecer que a densidade relativa pode ser designada de densidade somente quando a substancia de referência estiver a massa específica igual a 1 e não houver interceptações diferentes.
Determinar experimentalmente a densidade de um sólido através do empuxo sofrido por ele ao ser submerso na água.
2.Material
01 Mufa de entrada lateral com braço;
01 haste 11,1 mm x 500 mm;
01 tripé universal Wackerritt com sapatas;
01 cilindro maciço;
01 recipiente transparente;
01 Dinamômetro 2 N;
01 seringa de 20 ml (sem agulha);
01 copo de béquer 250 ml com 250 ml de água;
01 conjunto de molas, lei de Hooke e MHS;
01 Corpo de prova de latão 19 x 40 mm;
3.Introdução 
Arquimedes nasceu em Siracusa, na Sicília em 287 a.C., e foi educado em Alexandria, no Egito. Dentre as várias contribuições do mesmo, o princípio de Arquimedes na hidrostática foi uma das mais notórias. Relatos contam que ele descobriu esse princípio ao tomar banho em uma banheira, onde observou que ao tempo em que mergulhava, uma parte da água subia, e a partir disso tirou suas conclusões. Porém não se pode afirmar com certeza se sua descoberta de fato se deu assim. 
 O princípio de Arquimedes diz que quando um corpo está total ou parcialmente submerso em um fluido, uma força de empuxo Fe exercida pelo fluido age sobre o corpo. A força é dirigida para cima e tem módulo igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo.
 Se imaginarmos uma pedra submersa na água de uma piscina, vemos que quanto mais ela afunda, maior será a pressão do fluido sobre a pedra, já que pressão depende da altura. Então significa dizer que a pressão na parte de baixo da pedra é maior que na parte de cima, então a vai haver uma força resultante atuando. E essa é a força de empuxo descoberta por Arquimedes. Onde a mesma tem direção para cima e módulo igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo. E isso nos leva a concluir que se pesarmos um corpo imerso em um fluido, o seu peso não será o real, já que além da força gravitacional e da força normal atuando sobre ele, existe a força de empuxo para cima. Então podemos ver que existe um peso aparente que é menor que o peso normal do corpo quando ele está imerso em um fluido. Por essa razão seria mais fácil levantar uma pedra pesada de baixo d’água pois ela está aparentemente mais “leve”.
4. Experimento 1 - Comprovação experimental do empuxo.
4.1 Procedimentos
Retiramos o cilindro maciço de dentro do recipiente transparente.
Verificamos o “zero” do dinamômetro.
Pesamos o conjunto formado pelo recipiente transparente com cilindro maciço.
Dependuramos o cilindro maciço na parte inferior do recipiente transparente e ambos ao dinamômetro.
Mergulhamos o cilindro maciço no interior da massa líquida do copo e anotamos o valor do peso aparente.
Após a execução dos procedimentos, o dispositivo deverá ter essa configuração :
 
 Figura 1
4.2 Questionário 01
 Justifique a aparente diminuição ocorrida no peso do conjunto ao submergir o cilindro maciço na água.
Resposta: O peso do corpo fora do líquido Pcfl é igual a 0,88 N e o peso aparente do corpo dentro do líquido Pacdl é igual à 0,44 N. É notória a diferença entre os pesos, e isso se deve a força de empuxo provocada pelo fluido, pois ela tem a mesma direção, porém sentido contrário a força gravitacional, ficando assim uma força resultante para baixo menor que o peso do corpo fora do líquido.
 Determine o módulo da força que provocou a aparente diminuição sofrida pelo peso do corpo.
Resposta:
 A força de empuxo que provocou a aparente diminuição do peso do corpo, pode ser calculada usando a seguinte formula: 
Onde E é a força de empuxo, Pcfl é o peso do objeto e Pacdl é o peso aparente do objeto dentro do líquido. Então:
 Então concluiu-se que a força de empuxo E é igual a 0,44N.
 Quais são a direção e o sentido do empuxo E?
Resposta: A força de empuxo E tem direção vertical e sentido para cima.
 Verifique a veracidade da seguinte afirmação: “ Todo corpo mergulhado em um fluido fica submetido à ação de uma força vertical, orientada de baixo para cima, denominada empuxo. ”
Resposta: Após o processo experimental, viu-se o quanto que essa afirmativa é verdadeira. Pois o corpo dentro do fluido apresentou um peso aparente bem menor que o peso do corpo fora, e a única explicação para tal coisa, é a ação de uma força contrária a força gravitacional, fazendo com que a força resultante para baixo seja menor.
Determine o módulo do empuxo no caso de submergimos somente a metade do cilindro maciço.
Resposta: 
Onde Enovo é o novo empuxo, E é o empuxo com o cilindro inteiro imerso e Mf é a massa do fluido deslocado. Então ao mergulhar metade do cilindro no fluido, a força de empuxo atuante nele será a metade, então o empuxo novo será de 0,22N.
 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 ou o empuxo E) e determine a grandeza que falta.
Resposta:
Um pequeno cilindro de 400g foi submerso em um copo d’água. Devido à pressão da água no cilindro, uma força de empuxo de módulo 0,15N foi provocada. Qual o módulo do peso aparente do cilindro dentro do fluido?
Onde Pcdl é o peso aparente do cilindro, m é a massa do cilindro, Pcfl é o peso do cilindro fora da água.
O cilindro tem um peso aparente de 3,77N dentro d’água.
 Justifique o motivo pelo qual o empuxo tem de ser uma força. 
Resposta: A força resultante do corpo variou, e para isso é necessário que outra força atue no corpo. Então o empuxo tem que ser uma força.
Justifique o motivo pelo qual usamos a expressão “ aparente diminuição sofrida pelo peso do corpo” e não “diminuição do peso do corpo”.
Resposta: Pois o peso do corpo permanece o mesmo, o que diminui é a força resultante que atua sobre ele, pois há uma nova força em sentido contrário agindo. E isso faz com que o corpo pareça mais “leve”.
5. Experimento 2 – Princípio de Arquimedes.
5.1 Procedimentos: 
Execute a montagem conforme a figura 2.
 
 Figura 2
 Questionário 02
 Determine o empuxo sofrido pelo êmbolo quando completamente submerso.
Resposta: 
De acordo com a fórmula: 
Onde Pcfl = 0,88N e Pacdl= 0,44N então: 
Então o empuxo sofrido pelo êmbolo foi de 0,44N.
 Mantendo o êmbolo submerso, recolha com a seringa, água do copo e encha o cilindro. Ao fazê-lo, observe a leitura do dinamômetro e descreva o ocorrido.
Resposta: Após o preenchimento do cilindro com a água deslocada retirada com a seringa, a leitura do dinamômetro voltou a ser 0,88N. O que se pode concluir que o peso da água que transbordou é exatamente o empuxo.
 Qual a leitura indicada no dinamômetro ao encher o cilindro com água?
Resposta: 0,88N.
 Compare o volume de água contida no cilindro com o volume do embolo.
Resposta: É o mesmo volume.
 É certo afirmarmos que o volume deslocado pelo êmbolo, quando completamente submerso, é igual ao volume interno do cilindro? Justifique sua resposta
Resposta: Sim, pois pelo princípio de impenetrabilidade da matéria, dois corpos não ocuparão o mesmo espaço ao mesmo tempo, então o volume deslocado pelo êmbolo é igual ao volume interno do cilindro.Com base em suas respostas anteriores, determine o peso do volume de água deslocada pelo êmbolo quando completamente submerso.
Resposta:
Onde a massa de água deslocada é igual a 44,9 gramas.
 Compare o peso do volume do líquido deslocado (pelo êmbolo submerso) com o valor do empuxo E (força orientada de baixo para cima, aplicada pelo líquido).
Resposta: Eles têm o mesmo valor em módulo.
 Verifique a veracidade da seguinte afirmação: “todo corpo mergulhado em um fluido fica submetido à ação de uma força vertical, orientada de baixo para cima, denominada Empuxo, cujo valor modular é igual ao peso do volume do líquido deslocado”.
Resposta: De acordo com o experimento realizado e as medições feitas, pode-se concluir que tal afirmação é verdadeira.
 Partindo do conceito de massa específica, demonstre que a igualdade: 
Empuxo = Peso do líquido deslocado
Pode ser escrita como: 
Empuxo = Volume x Massa específica do líquido x aceleração da gravidade.
Ou
Empuxo = Peso específico do líquido deslocado x Volume.
Resposta:
Onde E é a força de empuxo, Mf é a massa do fluido deslocada, V é o volume do fluido, D é densidade (massa específica) e g é a aceleração da gravidade.
6. Experimento 3 – A influência da densidade do líquido sobre o empuxo.
6.1 Procedimentos: 
Execute a montagem conforme a figura 3.
 Figura 3
6.2 Questionário 03.
 Meça o peso do corpo sólido fora do líquido Pcfl.
 Resposta: Pcfl = 0,88N.
 Meça o peso aparente do corpo sólido imerso no líquido Pacdl.
Resposta: Pacdl = 0,44N
 Determine o empuxo E.
Resposta: E = Pcfl-Pacdl = 0,44N.
 A partir dos dados obtidos, calcule a densidade do corpo de prova de latão sólido utilizado nesse experimento.
Resposta: D = Pcfl/E= 2g/cm³. Onde D é a densidade do corpo.
7. Conclusão 
Nessa prática experimental pôde-se comprovar a existência de uma força chamada empuxo, que age de baixo para cima, e o corpo sofre a ação dela quando está total ou parcialmente submerso num fluido. Com isso comprovou-se a existência do princípio de Arquimedes. Com essa informação fica evidente que é por causa força de empuxo que um objeto parece mais leve dentro d’água por exemplo. Além de tudo isso, o terceiro experimento mostrou que a densidade do fluido é de grande influência na força de empuxo.
8. Referências
[1] ARQUIMEDES: Descobertas. Disponível em: <http://www.somatematica.com.br/biograf/arquimedes.php>. Acesso em: 27 jun. 2017. 
[2] PROFESSOR de física explica o que é força de empuxo. 16/02/10 - 07h00 - Atualizado em 16/02/10 - 07h00. Disponível em: <http://g1.globo.com/Noticias/Vestibular/0,,MUL1490783-5604,00-PROFESSOR+DE+FISICA+EXPLICA+O+QUE+E+FORCA+DE+EMPUXO.html>. Acesso em: 27 jun. 2017. 
[3] O QUE é força de empuxo? : O que significa força de empuxo?. Disponível em: <https://pt.khanacademy.org/science/physics/fluids/buoyant-force-and-archimedes-principle/a/buoyant-force-and-archimedes-principle-article>. Acesso em: 27 jun. 2017. 
[4] SOUZA, Líria Alves de. "Princípio de Arquimedes"; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/quimica/principio-arquimedes.htm>. Acesso em 27 de junho de 2017. 
[5] FLUIDOS. In: HALLIDAY, David ; RESNICK, Robert . Fundamentos de física. 10.ed.. ed. [S.l.]: LTD, 2016. cap. 14, p. 69-71. v. 2.