Relatório de Física Experimental - Princípio de Arquimedes

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Universidade Federal do Oeste da Bahia 
Centro Multidisciplinar de Bom Jesus da Lapa 
 
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2ª Prática 
 
 
 
 
Princípio de Arquimedes 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estudante: Daniel Barbosa Bastos 
Curso: Engenharia Elétrica 
Docente: Antônio Oliveira de Souza 
Disciplina: Física Experimental II 
Data de realização do experimento: 22 de janeiro de 2018. 
 
Bom Jesus da Lapa –BA 
Janeiro/2018 
 
Universidade Federal do Oeste da Bahia 
Centro Multidisciplinar de Bom Jesus da Lapa 
 
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SUMÁRIO 
 
1. RESUMO ........................................................................................................................................ 3 
2. INTRODUÇÃO............................................................................................................................... 3 
3. OBJETIVOS .................................................................................................................................... 4 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .................................................................................................... 4 
4.1 MATERIAIS E MÉTODOS .......................................................................................................... 4 
4.1.1 MATERIAIS ....................................................................................................................... 4 
4.1.2 MÉTODOS ...................................................................................................................... 5 
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................................................. 6 
6. AVALIAÇÃO ...................................................................................................................................... 6 
7. CONCLUSÕES ................................................................................................................................... 7 
8. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................................. 8 
 
 
 
 
 
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1. RESUMO 
O experimento em questão teve como objetivo explicar o fato de um corpo imerso na 
água parecer possuir um peso menor do que no ar. Primeiramente mediu-se o peso real do corpo 
de prova, logo após, com o corpo imerso na água, o peso aparente mostrado no dinamômetro. 
Com isso, conseguiu-se verificar o princípio de Arquimedes e a existência da força empuxo 
(diferença entre o peso real e o peso aparente), que é contrária a força peso. Também se 
percebeu que com estas forças pode-se determinar a densidade do fluído e do corpo imerso. 
 
2. INTRODUÇÃO 
Diversos ramos da engenharia, tais como civil, aeronáutica e hidráulica, empregam 
aplicações do conhecimento sobre fluidos. Os fluidos têm como principal característica a 
capacidade de fluir ou escoar, devido ao fato de não poderem resistir a uma força tangencial à 
sua superfície (tensão de cisalhamento), e sempre assumem o formato do recipiente onde são 
confinados. 
𝑻 =
𝑭𝒕
𝑨
 (1) 
Sendo um dos principais pilares da Hidrostática1, o Princípio de Arquimedes através da 
força de empuxo tem como objetivo explicar diversos fenômenos tais como a flutuabilidade de 
um navio ou de um avião. Seu enunciado nos diz que “Todo corpo mergulhado em um líquido 
sofre uma força chamada de empuxo que corresponde ao peso do volume de líquido deslocado”. 
Ao ser totalmente imerso num determinado fluido de densidade ρ, um corpo sofre, em 
virtude do Princípio de Pascal, uma diferença de pressão (∆p) sobre a sua superfície, onde a 
pressão p é maior na parte inferior do que na parte superior, podendo serem expressas através 
da Lei de Stevin: 
𝒑(𝒛𝟐) = 𝒑𝟎 + 𝝆𝒈𝒛𝟐 (2.1) 
𝒑(𝒛𝟏) = 𝒑𝟎 + 𝝆𝒈𝒛𝟏 (2.2) 
 
1 Ramo da física que estuda os fluidos em repouso. 
 
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Devido à simetria, as forças horizontais se anulam aos pares. 
Dessa forma, a diferença de pressão (∆p) é dada por: 
∆𝒑 = 𝒑(𝒛𝟐) − 𝒑(𝒛𝟏) = 𝝆𝒈(𝒛𝟐 − 𝒛𝟏) = 𝝆𝒈𝒉 (3) 
Tal diferença de pressão cria uma força superficial resultante exercida pelo fluido sobre 
o corpo (o empuxo descrito por Arquimedes), que tem sentido contrário à força peso. 
Durante a prática experimental, obteve-se, primeiramente, o módulo da força peso do 
prato da balança (que serviu como suporte para as medições realizadas no dinanômetro), igual 
a 0,22N e, posteriormente, o módulo da força peso do béquer de 50 ml, igual a 0,18N. A 2ª Lei 
de Newton nos fornece que 𝑭 = 𝒎𝒈, sendo possível obter a massa de um corpo através da 
relação 𝒎 =
𝑭
𝒈
. Dessa forma, foi possível obter a massa do béquer m0=18,37g, a força peso das 
massas de 50, 100 e 150g viabilizando o preenchimento da Tabela 2. Através da medição da 
força peso das massas no ar e imersas na água obteve-se o módulo da força de empuxo FB, que 
é igual a Fga - Fgw. 
 
3. OBJETIVOS 
O experimento em questão teve como objetivo o cálculo (de duas formas distintas) da 
força que torna um corpo imerso em um fluido mais “leve”. Dessa forma, obtivemos os módulos 
da força peso dos corpos no ar e imersos em água. Após imergi-los, aferimos o peso da massa 
de água deslocada. 
 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
4.1 MATERIAIS E MÉTODOS 
4.1.1 MATERIAIS 
Tabela 1 - Materiais utilizados no decorrer experimento. 
Identificação Quantidade Material 
1 1 Porta-massas para pesos com ranhura, 10g 
2 4 Massa de cor preta, com ranhura, 50g 
 
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3 2 Dinamômetro transparente 2N 
4 1 Béquer plástico forma pequena, 100 ml 
5 1 Béquer plástico forma pequena, 50 ml 
6 1 Varinha de suporte de aço 18/8l = 250mm, d= 10mm 
7 1 Prato de balança, plástico 
8 1 Manga universal 
9 1 Pino de suporte 
10 1 Béquer para transbordar 250 ml 
11 1 Suporte com pé variável 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 – Estrutura utilizada na realização do experimento. 
 
4.1.2 MÉTODOS 
Montou-se um suporte com o pé variável (item 11), a varinha de suporte de aço (item 6) e 
a manga universal (item 8). Em seguida, com auxílio da manga universal (item 8), fixou-se o 
8 
9 
3 
6 
1 
2 
7 5 
11 10 
 
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pino de suporte (item 9) utilizado para segurar o dinamômetro de 2N (item 3). O prato da 
balança (item 7) foi pendurado no dinanômetro e o seu peso anotado. 
Utilizando o béquer de 100 ml (item 4), colocou-se água no béquer para transbordar 
(item 10) até que o mesmo transbordasse. 
Obs.: Todos os itens são descritos de acordo com a Figura 1, exceto o item 5. 
Após a montagem da estrutura necessária para a realização do experimento, calculou-
se (através do peso medido com o auxílio do dinanômetro de 2N) a massa m0 do copo seco. 
Obteve-se o peso Fga das massas de 50, 100 e 150g e anotou-se na Tabela 2. 
Com o béquer de 50 ml embaixo do tudo do béquer para transbordar, imergimos as 
massas de 50, 100 e 150g, determinando o módulo da força peso da massa (Fgw)de água 
transbordada. Considerando a aceleração da gravidade igual a 9,8 m/s², determinou-se a 
massa da água transbordada (mw). 
 
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Tabela 2 – Dados obtidos na seção anterior. 
m/g Fga/ N Fgw / N FB / N m1 / g mw / g Fw /N 
50 0,5 0,36 0,14 28,57 10,2 0,1 
100 0,98 0,76 0,22 38,78 20,41 0,2 
150 1,48 1,14 0,34 46,94 28,57 0,28 
 
6. AVALIAÇÃO 
1) Compare o resultado de FB do item 1 com o de FW do item 2. O que você constata? 
São valores semelhantes já que a força de empuxo FB é equivalente a força da água 
deslocada, FW. 
2) A força FB é chamada empuxo. Como constatado, pode-se determiná-la de duas 
maneiras. Descreva estas duas possibilidades com as suas próprias palavras: 
1. A força de empuxo pode ser determinada pela diferença entre a força dos objetos no ar, 
pela força dos objetos imersos na água. 
 
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2. Também pode ser determinada pela densidade do fluido multiplicada pelo volume do 
fluido deslocado multiplicado pela aceleração da gravidade. 
 
3) Qual é o efeito do empuxo sobre um corpo submerso na água? 
Causa um efeito de leveza, pois o empuxo é contrário a força peso. 
 
4) Expresse com fórmulas as duas possibilidades para determinar o empuxo FB 
(escrever mw para mw, Fb para Fb, etc.): 
1. Fb= Fga - Fgw , onde Fga = força peso dos corpos, e Fgw = força peso dos corpos imersos 
na água. 
2. Fb= Df x Vf x g , onde Df = densidade do fluido, Vf = volume do fluido deslocado, g = 
gravidade. 
 
5) Quando um corpo flutua e quando ele afunda 
Um corpo flutua quando é menos denso que o fluido, e afunda quando é mais denso que o 
fluido. No segundo caso o peso do corpo é maior do que o peso do volume do fluido que se 
desloca, dessa forma o peso do corpo é maior que o empuxo. 
 
7. CONCLUSÕES 
 
Os objetivos inicialmente postulados foram alcançados e, através deste experimento, é 
factível concluir que Arquimedes estava certo em sua colocação sobre o empuxo. Foi possível 
perceber que tal força tem sentido contrário a força Peso, e, por isso causa um efeito de leveza. 
Observou-se, também, que os corpos submersos a água apresentam uma força peso menor em 
relação ao peso dos mesmos fora da água. 
 
 
 
 
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8. BIBLIOGRAFIA 
 
TIPLER, Paul A. Física para cientistas e engenheiros. 6ª ed. Nova Iorque: W.H. FREEMAN 
AND COMPANY, 2008. 
 
Hidrostática. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Hidrost%C3%A1tica>. Acesso 
em: 5 de Fevereiro de 2018, às 9h34min.