Relatório 6 Principio de Arquimedes e Densimetria (recuperado)

Prévia do material em texto

Universidade Federal do Ceará
Centro de Tecnologia
Curso de Engenharia Civil
Relatório de Física Experimental
Prática 6: Princípio de Arquimedes e Densimetria
Nome: Matrícula:
 Curso: Engenharia Civil	 
 Professor: Manoel Castro
Fortaleza - Ce
2016
Objetivos
- Determinar a densidade de sólidos e líquidos.
- Verificar experimentalmente o princípio de Arquimedes.
- Determinar o empuxo.
- Verificar a condição para que um sólido flutue em um líquido.
Introdução Teórica
Na prática foram estudados os conceitos de massa especifica e densidade. Onde massa específica é representada pela letra grega ρ (rô):
ρ = , onde m é a massa e V é o volume
 Assim, ρ representa a massa por unidade de volume do corpo. Quando dizemos que o chumbo é mais pesado que a água, o correto a dizer é que o chumbo é mais denso que a água, pois se mantermos o mesmo volume de ambos, o chumbo terá uma massa maior. 
 As unidades usadas de massa específica são kg/m³ ou g/cm³, para transformar uma na outra é só fazer a relação que 1g/cm³ = 10³ kg/m³, na prática usaremos g/cm³.
 Quando um corpo está imerso em um fluido em equilíbrio, o fluido exerce pressão em todos os pontos da superfície do corpo que estão em contato com ele. Assim, quando mais profundo o corpo estiver, haverá uma força resultante para cima, chamada empuxo. Arquimedes descobriu isso experimentalmente e criou seu principio: “Todo corpo total ou parcialmente imerso em um fluido, sofre ação de uma força vertical, dirigida para cima, de módulo igual ao peso do fluido deslocado.”
Material Utilizado
- Dinamômetro graduado em N;
- Corpos sólidos (plástico, alumínio, ferro, parafina e madeira);
- Líquidos (água e álcool); 
- Garrafa plástica com tampa; 
- Béquer de 140 ml;
- Proveta de 100 ml.
Procedimento Experimental
OBS: Sempre que necessário, foi usado g = 9,81 m/s². 
DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA (DENSIDADE) DE LÍQUIDOS 
Utilizando o dinamômetro, a garrafa plástica com tampa foi pesada vazia. Seu peso em N foi anotado e calculamos sua massa em gramas. 
Peso (N) = 0,1N P = m * g 0,1= m * 9,81 m = 10,19g 
Foi medido numa proveta graduada 100 ml de água, colocado no recipiente de plástico e tampado, pesado, determinamos sua massa especifica (densidade) e anotamos na Tabela 1.
 P = m * g			 m(garrafa + água) – m(garrafa) = m(água)		ρ = m/v
 1,06N = m * 9,81		 108,05 – 10,19 = m(água)			ρ = = 0,9786g/ml
 m(garrafa + água) = 108,05g	 m(água) = 97,86g
Repetimos o procedimento 2 usando álcool. Anotamos na Tabela 1.
 P = m * g			 m(garrafa + álcool) – m(garrafa) = m(álcool)		ρ = m/v
 0,9N = m * 9,81		 91,74 – 10,19 = m(água)			ρ = = 0,8155g/ml
 m(garrafa + álcool) = 91,74g	 m(álcool) = 81,55g
DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECIFICA (DENSIDADE) DE SOLIDOS 
 Determinamos o volume de cada amostra mergulhando-a em uma proveta graduada contendo água (foi usado 40 ml). Anotamos na Tabela 1. 
Pesamos e calculamos a massa em gramas e determinamos a massa especifica de cada uma das amostras. Anotamos na Tabela 1.
Tabela 1 : Resultados Experimentais
	AMOSTRA
	PESO (N)
	MASSA (g)
	VOLUME (cm³)
	MASSA ESPECÍFICA (g/cm³)
	Água
	0,96
	97,86
	100
	0,9786
	Álcool
	0,8
	81,55
	100
	0,8155
	Ferro
	1,14
	116,31
	16
	7,26
	Alumínio
	0,52
	53,01
	20
	2,65
	Plástico
	0,24
	24,46
	21
	1,16
	Madeira
	0,18
	18,35
	26
	0,706
	Parafina
	0,22
	20,39
	23
	0,887
 VERIFICAÇÃO DA DENSIDADE RELATIVA 
 Foi colocada água no béquer de modo a verificar quais das amostras flutuam na água, observamos e anotamos na Tabela 2. 
Repetimos o procedimento anterior usando álcool no lugar de água. Anotamos na Tabela 2.
Tabela 2 : Comparação das densidades.
	AMOSTRA
	FLUTUA NA ÁGUA ?
	FLUTUA NO ÁLCOOL ?
	ρ(amostra) < ρ(água) ?
	ρ(amostra) < ρ(álcool) ?
	Ferro
	Não
	Não
	Não
	Não
	Alumínio
	Não
	Não
	Não
	Não
	Plástico
	Não
	Não
	Não
	Não
	Madeira
	Sim
	Sim
	Sim
	Sim
	Parafina
	Sim
	Não
	Sim
	Não
DETERMINAÇÃO DO EMPUXO 
 Foi colocado cerca de 60 ml de água na proveta e determinamos o peso aparente das amostras de Ferro, Alumínio e Plástico, pesando-as totalmente mergulhadas na água. Anotamos na Tabela 3. 
Repetimos o procedimento anterior usando álcool.
Tabela 3: Peso aparente das amostras
	AMOSTRA
	PESO APARENTE EM ÁGUA (N)
	PESO APARENTE EM ÁLCOOL (N)
	Ferro 
	1N
	1,02N
	Alumínio
	0,32N
	0,36N
	Plástico
	0,04N
	0,06N
Determine o empuxo multiplicando a densidade de cada líquido, água ou álcool (obtida no procedimento 5), pelo volume determinado no procedimento 4 e pela aceleração da gravidade g (9,81m/s²). Anote nas Tabelas 4 e 5.
11 – Determine o empuxo pela diferença entre o peso real e o peso aparente quando o corpo está imerso num liquido e anote nas Tabelas 4 e 5.
Tabela 4: Empuxo na água
	AMOSTRA
	Ferro
	Alumínio
	Plástico
	VOLUME (m³)
	1,6x10-5
	2x10-5
	2,1x10-5
	EMPUXO (N) = Dens.(líquido) * volume * g
	0,15
	0,19
	0,20
	EMPUXO (N) = Peso real – peso aparente
	0,14
	0,2
	0,2
Tabela 5: Empuxo no álcool
	AMOSTRA
	Ferro
	Alumínio
	Plástico
	VOLUME (m³)
	1,6x10-5
	2x10-5
	2,1x10-5
	EMPUXO (N) = Dens.(líquido) * volume * g
	0,12
	0,16
	0,16
	EMPUXO (N) = Peso real – peso aparente
	0,12
	0,16
	0,18
Questionário
1- Baseado nos dados experimentais obtidos, qual a massa em gramas de: 
1 litro de água 
ρ(água) = 0,9786 = m= 987,6g
1 litro de álcool 
ρ(álcool) = 0,8155= m= 815,5g
2- Que conclusão podemos tirar dos resultados da Tabela 2?
Que a densidade influencia na hora de vermos se algo flutua ou não em certo líquido, quem tem a densidade maior ficará mais embaixo, por ser mais denso, no caso da madeira e parafina que flutuam na água, a água tem maior densidade, por isso fica mais embaixo.
3- Sabemos que o gelo flutua na água e que garrafas com água colocadas no congelador explodem. Que relação há entre estes dois fatos?
Como o gelo flutua na água, ele é menos denso, isso é devido o volume, na água líquida e no gelo (sólido) tem diferença de volume, e temos densidade como massa/volume. Na água em forma de gelo temos um volume maior, o que torna a densidade menor, isso explica o fato do gelo flutuar na água. O fato de garrafas com água explodirem no congelador é o mesmo fato, como a água em forma de gelo tem um volume maior, ele ocupará um espaço maior na garrafa do que quando era água líquida e assim a garrafa não suporta e explode.
4- Pesquise massas específicas do chumbo, do ouro e do mercúrio em kg/m³. Responda se a barra de chumbo de 2kg e uma de ouro de 500g flutua ou não no mercúrio. Justifique.
Dados: ρ(chumbo) = 11 340 kg/m³ ; ρ(ouro) = 19 300 kg/m³ ; ρ(mercúrio) = 13 600 kg/m³
ρ(chumbo) para 2kg = 2 * 11340 = 22680 kg/m³ > ρ(mercúrio) então ele não flutua no mercúrio
ρ(ouro) para 0,5kg = 0,5 * 19300 = 9650 kg/m³ < ρ(mercúrio) então ele flutua no mercúrio
5- Baseado nos dados obtidos, Tabelas 4 e 5, onde o empuxo é maior, na água ou no álcool? Justifique.
De acordo com os valores da tabela, o empuxo é maior na água.
6- Como a massa específica do líquido influi no empuxo?
Como na formula usada nas tabelas 4 e 5 (EMPUXO (N) = Dens.(líquido) * volume * g) a massa específica (densidade), será multiplicada com o volume e a gravidade para se conseguir o empuxo, então quanto maior a massa específica maior o empuxo.
7- a) Um cubo de gelo está flutuando em um copo de água. Quando o gelo fundir, o nível da água do copo subirá? Explique.
Não, pois como já vimos na questão 3, o gelo ocupará um volume maior do que a água líquida, então, quando o gelo derreter a água que antes era gelo terá um volume menor e o nível da água não subirá.
7- b) Se o cubo de gelo contém um pedaço de chumbo no seu interior,o nível da água baixará quando o gelo fundir? Explique.
Considerando ρ(água) = 1000 kg/m³, ρ(chumbo) = 11340 kg/m³ e que o gelo com o chumbo afunde (mesmo que o gelo seja menos denso que a água) por conta do chumbo, o nível da água vai baixar, porque como já vimos, o gelo ocupa um volume maior que a água líquida assim, teremos um volume menor de água derretida e o nível da água diminuirá.
8- Um estudante tem 65,0 kg de massa 
Supondo que seu volume é 0,068 m³, qual o empuxo sobre o estudante devido o ar? (a massa específica do ar é 1,3kg/m³).
EMPUXO = Dens.(ar) * volume * g = 1,3 * 0,068 * 9,81 = 0,87 N
Qual o peso aparente em kgf que o mesmo obtém ao se pesar?
Peso aparente = Peso real(P = m * a) – Empuxo = (65,0 * 9,81) – 0,87 = 639,78 N
Este estudante flutuaria na água? Justifique.
ρ(estudante) = < ρ(água) = 1000 kg/m³ 
então, já que a densidade do estudante < a densidade da água, ele flutua na água
Referências
DIAS, Nildo. Roteiro de aulas práticas de física. Fortaleza: Departamento de Física UFC, 2016
FEIRA DE CIÊNCIAS. Tabelas ‘Térmicas’ < http://www.feiradeciencias.com.br/sala08/08_44.asp> Acesso em 06/07/2016 10:07