O empuxo, comprovação experimental

Prévia do material em texto

FACULDADE ESTÁCIO VITÓRIA - FESV 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
ALINE DAMASCENA CARNEIRO
FRANCIMAIRA DE FÁTIMA GONÇALVES E SILVA
ROBERTA ALESSANDRA MARQUES DA SILVA
LEONARDO COUTINHO ALVARENGA
SAMUEL DA LUZ ARAÚJO
 
O empuxo, comprovação experimental
O princípio de Arquimedes
VITÓRIA
2017
 O empuxo, comprovação experimental
O princípio de Arquimedes
The thrust, experimental evidence
The principle of Archimedes
Aline Damascena Carneiro/alinedamascena@hotmail.com
Francimaira de Fátima Gonçalves e Silva/francimairag@yahoo.com.br
Roberta Alessandra Marques da Silva/betaams@hotmail.com
Leonardo Coutinho Alvarenga/lecoalvarenga92@gmail.com
Samuel da Luz Araújo/araujo.samuel@live.com
Juliana Nunes Oliveira Pinto/julinop1988@gmail.com
Resumo: Este experimento tem como objetivo identificar, comprovar e fornecer dados práticos do princípio de Arquimedes, o Empuxo. Utilizando o cilindro de Arquimedes, um suporte com haste e água foi possível verificar e calcular o deslocamento do volume de água, assim comprovando a força empuxo.
Palavras-chave: Empuxo, Principio de Arquimedes, deslocamento de água.
Summary: This experiment aims to identify, verify and provide practical data of the principle of Archimedes, the Buoyancy. Using the Archimedes cylinder, a rod and water support was able to verify and calculate the displacement of the water volume, thus proving the thrust force.
Keywords: Buoyancy, Archimedes' principle, displacement of water.
1 INTRODUÇÃO
Empuxo é o nome dado à força exercida por um fluido sobre um objeto mergulhado total ou parcialmente nele. Também conhecido como Princípio de Arquimedes, o empuxo sempre apresenta direção vertical e sentido para cima.
Assim que um objeto qualquer é mergulhado em um fluido, ele começa a deslocá-lo. O empuxo corresponde ao peso do volume de líquido deslocado pelo objeto conforme figura 1, sendo assim podemos definir matematicamente o empuxo da seguinte forma:
E = PDES
E = mDES . g
Sabendo que a densidade é fruto da razão entre a massa e volume de uma substância, podemos escrever que:
d = m/V → m = d.V
Reescrevendo a equação do empuxo, temos:
E = dL. VDES. g
Para essa equação, temos que:
dL = densidade do líquido;
VDES = volume de líquido deslocado;
g = aceleração da gravidade.
OBS.: O volume de líquido deslocado corresponde exatamente ao volume imerso do objeto no líquido.
O empuxo surge por causa da diferença de pressão existente entre a parte inferior e superior de um objeto mergulhado em um fluido. A pressão na parte inferior, em virtude da maior profundidade, é maior que a pressão na parte superior, o que resulta no surgimento de uma força vertical para cima, o empuxo.
Essa força foi explicada por Arquimedes, matemático e engenheiro grego que foi incumbido por um rei de mostrar se a sua coroa era de ouro maciço ou se havia impurezas misturadas a ela. Enquanto tomava banho em uma banheira, ele reparou que a água saía da banheira quando ele entrava e que seu corpo estava sujeito a uma espécie de força. A partir daí, ele pôde desenvolver a sua ideia sobre o empuxo e enunciar que:
“Todo corpo mergulhado em um fluido sofre ação de uma força vertical e para cima que corresponde ao volume de líquido deslocado pelo corpo.”
 
 Figura 1 Figura 2 
 
2 – materiais e métodos
2.1 MATERIAIS UTILIZADOS
01 cilindro de Arquimedes;
01 dinamômetro tubular de 2N;
01 suporte com haste, tripé e sapatadas niveladoras; (conforme figura 2).
01 seringa;
01 copo com 250 ml de água.
2.2 METODOLOGIA
Para este experimento foi pesado com o dinamômetro o cilindro de Arquimedes vazio que resultou em 0,24N e o conjunto êmbolo mais cilindro 0.86N, todos pesados fora do líquido. Mergulhamos o êmbolo no interior da massa líquida do copo obtivemos o valor do peso aparente do corpo de dentro do líquido que foi 0,44N com sentido para cima, positiva e direção vertical.
Determinamos o módulo do empuxo quando submergimos a metade do êmbolo que resultou em 0,70N.
O material utilizado para o experimento propôs criar uma situação fictícia em que são fornecidas duas das três variáveis, o peso do corpo fora do líquido, peso aparente do corpo dentro do líquido e pediu para determinar a grandeza que faltava, conforme resultados abaixo.
Utilizamos também sal na água para verificar que o empuxo depende da densidade do líquido, conforme resultados abaixo.
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Pesamos com o dinamômetro o cilindro de Arquimedes vazio que resultou em 0,24N e o conjunto êmbolo mais cilindro 0.86N, todos pesados fora do líquido. Mergulhamos o êmbolo no interior da massa líquida do copo obtivemos o valor do peso aparente do corpo de dentro do líquido que foi 0,44N com sentido para cima, positiva e direção vertical.
Determinamos o módulo do empuxo quando submergimos a metade do êmbolo que resultou em 0,70N.
O material utilizado para o experimento propôs criar uma situação fictícia em que são fornecidas duas das três variáveis, o peso do corpo fora do líquido, peso aparente do corpo dentro do líquido e pediu para determinar a grandeza que faltava.
“Um menino de 86 quilos mergulhou numa piscina sofrendo um empuxo, com peso aparente de 44N, qual valor do empuxo sofrido?”
Solução
Peso aparente = Peso real – empuxo
44= 860 – Empuxo
Empuxo = 44-860
Empuxo = 816N
O empuxo é considerado uma força, pois o fluido exerce uma força sobre um objeto mergulhado total ou parcialmente nele.
A aparente diminuição sofrida pelo peso do corpo se da pelo empuxo que tira o peso aparente de um objeto ou pessoa fazendo uma força contrária.
Adicionamos sal à água do copo e refizemos as medições.
Com sal na água mergulhamos o embolo e resultou em 0,40N, pois o sal é mais denso.
Com sal na água e mergulhamos a metade do embolo, resultando em 0,60N.
 Para comprovar o princípio de Arquimedes enchemos o cilindro com água e pesamos no dinamômetro que resultou em 0,86N, depois o mergulhamos na água e verificamos que o volume de água (colocado dentro dele) é igual ao volume de água deslocado pelo êmbolo submerso.
Com isso pudemos verificar e justificar o principio da impenetrabilidade da matéria.
Determinamos o peso do volume de água deslocada pelo êmbolo quando completamente submerso que resultou da seguinte forma:
0,86 – 0,40 = 0,46
E o empuxo ficou determinado da seguinte forma:
0,62 – 0,40 = 0,22N
Empuxo = 0,22N
4 CONCLUSÃO/CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Considerando os resultados e suas análises podem concluir que esses resultados foram de boa precisão, uma vez que a diferença entre os valores (erros) calculados e medidos foram menores que 2%, e que os resultados obtidos no experimento são coerentes com a literatura.
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. Também pode-se observar que a força empuxo depende da natureza do liquido.
REFERÊNCIAS
Brasil Escola. Empuxo. Princípio de Arquimedes . Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/empuxo.htm>. Acesso em 26 de setembro de 2017.
INFOESCOLA. Princípio de Arquimedes. Disponível em: <http://www.infoescola.com/fisica/principio-de-arquimedes-empuxo/> .Acesso em 26 de setembro de 2017.