experimento 2

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS NATURAIS
CURSO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
FÍSICA PARA CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
EXPERIMENTO 2 – EMPUXO
ANA CAROLINA DOS PASSOS SACRAMENTO
ESTHER FRANCO DE CARVALHO
SÃO JOÃO DEL REI
2017
INTRODUÇÃO
Quem já ergueu um pesado objeto submerso para fora d’água está acostumado com o empuxo, e sentiu uma notável perda de peso sofrida pelos objetos quando estão submersos em um líquido. Quando o objeto é erguido acima da superfície a força necessária para erguê-lo cresce consideravelmente. Isso porque quando há algum objeto submerso, a água exerce sobre ele uma força para cima, oposta à atração gravitacional, essa força é chamada de força de empuxo e é uma consequência do aumento da pressão com a profundidade. Por causa da pressão da água, as forças são exercidas perpendicularmente em qualquer lugar da superfície de um objeto. As componentes horizontais das forças que atuam a uma mesma profundidade sobre as paredes acabam anulando-se de modo que não existe força de empuxo horizontal. As componentes verticais dessas forças, no entanto, não se cancelam. A pressão na parte inferior do objeto é maior do que na parte superior, pois naquela parte do objeto está a maior profundidade. Com isso, as forças dirigidas para cima atuantes no fundo do objeto são maiores do que as forças que atuam para baixo no topo da mesma, produzindo uma força resultante dirigida para cima – a força de empuxo (PAUL, 2011). 
Para compreender o conceito de empuxo é necessário entender a expressão “volume de água deslocada”. Se uma pedra for colocada em um recipiente que está com água até a borda, uma parte dela derramará. A água foi deslocada pela pedra. O volume da pedra é igual ao volume da água deslocado. Se um objeto for colocado em um recipiente parcialmente preenchido com água, o nível da superfície subirá exatamente o mesmo tanto que subiria se um volume de água igual ao do objeto submerso fosse derramado no recipiente (PAUL, 2011). 
Matematicamente, E pode ser escrito em termos de densidade (p) e do volume (V) do fluido deslocado, pois E= mg, onde m é a massa do fluido deslocado e portanto, m= pV – E= pVg. Note que pela Lei de Newton, se p > E o corpo afunda, se P < E ele sobe e quando P = E ele flutua no meio líquido. Considere um cilindro sustentado por uma mola no ar. Note que a força F1 exercida pelo dinamômetro é igual ao peso do cilindro, ou seja, F1= mg que é o peso real do cilindro. Quando o cilindro é mergulhado em um líquido qualquer, a foça F2 que o dinamômetro exerce é F2= mg – E = peso aparente. Assim, o empuxo (E) é dado por: 
E= mg – F2 → E= F1 – F2 → E= peso real – peso aparente. 
Como objetivo desde experimento, verificaremos o Princípio de Arquimedes através da determinação, da densidade da água e do óleo utilizando o empuxo de materiais sólidos causados nestes meios. 
MATERIAIS E MÉTODOS
Foi utilizado para fazer o experimento os seguintes materiais:
Haste com suporte
Dinanômetro
Bécker com água
Bécker com óleo
Cilindro sólido de parafina
Paquímetro
A altura e o diâmetro do cilindro sólido de parafina foram medidos com o paquímetro e calculado seu volume:
O cilindro foi marcado dividindo seu volume considerando-o como um corpo rígido homogêneo. O cilindro foi suspendido pelo dinamômetro e seu peso real foi determinado:
Peso do cilindro: 0,54 N
O bécker contendo água foi colocado embaixo do dinamômetro e o cilindro foi mergulhado gradualmente, até cada uma das marcas, os dados de cada leitura do dinamômetro foram anotados. Isso foi feito até o cilindro ficar totalmente imerso. Sem retirar o cilindro da água, a operação foi invertida retirando o cilindro em cada marca e anotando a leitura do dinamômetro. 
RESULTADOS
Calculando o volume do cilindro de parafina:
Diâmetro = 2,92 cm / altura = 7 cm
Raio =
Volume = π. 1,46². 7 = 46,87 cm³
	Água
	Imergindo
	Emergindo
	Peso do cilindro
	0,54 N
	Cilindro coberto
	0,09 N
	Graduação 1
	0,48 N
	Graduação 6
	0,16 N
	Graduação 2
	0,42 N
	Graduação 5
	0,22 N
	Graduação 3
	0,37 N
	Graduação 4
	0,29 N
	Graduação 4
	0,29 N
	Graduação 3
	0,36 N
	Graduação 5
	0,21 N
	Graduação 2
	0,42 N
	Graduação 6
	0,17 N
	Graduação 1
	0,47 N
Tabela 1: Peso aparente do cilindro imergindo e emergindo na água.
	Óleo
	Imergindo
	Emergindo
	Peso do cilindro
	0,54 N
	Cilindro coberto
	0,12 N
	Graduação 1
	0,49 N
	Graduação 6
	0,21 N
	Graduação 2
	0,44 N
	Graduação 5
	0,26 N
	Graduação 3
	0,39 N
	Graduação 4
	0,32 N
	Graduação 4
	0,32 N
	Graduação 3
	0,38 N
	Graduação 5
	0,27 N
	Graduação 2
	0,44 N
	Graduação 6
	0,21 N
	Graduação 1
	0,49 N
Tabela 2: Peso aparente do cilindro imergindo e emergindo no óleo.
Gráfico 1: Relação entre o peso aparente e o volume do cilindro imergindo e emergindo na água.
Gráfico 2: Relação entre o peso aparente e o volume do cilindro imergindo e emergindo no óleo.
	Empuxo na água
	Graduação 1 – E= 0,06
	Graduação 2 – E= 0,12
	Graduação 3 – E= 0,17
	Graduação 4 – E= 0,25
	Graduação 5 – E= 0,33
	Graduação 6 – E= 0,37
	Cilindro coberto – E= 0,45
	Graduação 6 – E= 0,38
	Graduação 5 – E= 0,32
	Graduação 4 – E= 0,25
	Graduação 3 – E= 0,18
	Graduação 2 – E= 0,12
	Graduação 1 - E= 0,07
Tabela 3: Empuxo que a água exerce sobre o cilindro.
	Empuxo no óleo
	Graduação 1 – E= 0,05
	Graduação 2 – E= 0,1
	Graduação 3 – E= 0,15
	Graduação 4 – E= 0,22
	Graduação 5 – E= 0,27
	Graduação 6 – E= 0,33
	Cilindro coberto – E= 0,42
	Graduação 6 – E= 0,33
	Graduação 5 – E= 0,28
	Graduação 4 – E= 0,22
	Graduação 3 – E= 0,16
	Graduação 2 – E= 0,1
	Graduação 1 - E= 0,05
Tabela 4: Empuxo que o óleo exerce sobre o cilindro.
DISCUSSÃO
A força de empuxo que atua sobre um objeto submerso depende do volume do objeto. Pequenos objetos deslocam pequenos volumes de água e sofrem a ação de forças de empuxo pequenas, enquanto grandes objetos deslocam grandes quantidades de água e assim sofrem ação de forças de empuxo de grande valor. É o volume do objeto submerso, não seu peso, que determina a força de empuxo (PAUL, 2011). 
As moléculas de água são compostas por dois átomos de hidrogênio com carga positiva e um átomo de oxigênio com carga negativa, que são fortemente unidos por meio de ligações de hidrogênio. No caso do óleo, as ligações entre as moléculas dos ácidos graxos que formam a substância são mais fracas do que as que ligam as moléculas de H2O, o que faz o óleo ser menos denso do que a água (¹).
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. Comparado os líquidos apresentados, água e óleo, a água apresenta maior empuxo do que o óleo, isso acontece porque o empuxo depende da natureza do líquido. 
O empuxo é maior na água do que no gelo por causa de suas densidades. A água é mais densa que o óleo, e isso é devido a organização molecular das duas substâncias. Segundo o princípio de Arquimedes, todo corpo mergulhado em um fluido sofre a ação de um empuxo vertical, para cima, igual ao peso do líquido deslocado, e se o empuxo for maior que a força peso do corpo, a tendência do corpo é de subir com aceleração. Se o peso for menor que o empuxo, a tendência é que o corpo desça com aceleração. Caso o empuxo seja igual à força peso, o corpo terá a tendência de permanecer parado. Observando os resultados da expressão E=p-p’ é possível observar que a força empuxo vai diminuindo, pois, o volume de liquido deslocado é menor.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Física conceitual / Paul G. Hewitt; tradução: Trieste Freire Ricci; revisão técnica: Maria Helena Gravina. – 11ed. – Porto Alegre: Bookman, 2011. Xxiv, 744p.: il. color.; 28cm. 
(¹) http://www.megacurioso.com.br/fisica-e-quimica/85797-voce-sabe-por-que-a-agua-e-o-oleo-nao-se-misturam.htm