Relatorio 2 - Fisica 2

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
“Júlio de Mesquita Filho”
Engenharia Ambiental
Laboratório de Física 2 – Relatório 2
Acadêmicos:	
Engenharia Ambiental
 Professor Celso Xavier Cardoso
Presidente Prudente – 05/09/2013
RESUMO
O experimento foi dividido em três etapas. Primeiramente utilizando um dinamômetro, verificamos a força aplicada na carga, para então poder observa-la em diferentes situações, calcular o peso do corpo e com o imã averiguamos a seguinte situação, o tripé apoiado no imã em cima de uma borracha, em seguida repetimos o experimento com a cabeça do percevejo presa ao imã e sua parte pontuda presa a borracha. Logo após, utilizando um papel milimetrado, determinamos a área do ímã e da ponta do percevejo, tendo o valor das áreas, pudemos calcular a pressão exercida pelo tripé, e pelo percevejo. Posteriormente, usando o papel milimetrado, calculamos a área de uma pegada para determinar a pressão exercida pelos pés de uma pessoa. 
	Para calcular a força exercida por um líquido sobre as paredes de um vaso, foi executada a segunda parte do experimento, com a vela, tampamos os orifícios laterais da seringa e a enchemos de água, para depois a esvaziarmos em um Becker.
	A última parte do experimento foi realizada com um conjunto de vasos comunicantes, neles determinamos a altura do líquido em cada superfície livre, depois inclinamos o painel preso aos vasos e observamos a diferença de altura do líquido. Por último, fizemos uma marca no quadro verde e com a mangueira, a posicionamos de forma que o líquido pudesse ficar a altura da marca.
OBJETIVOS
Depois de concluídas as atividades propostas, espera-se que os alunos consigam diferenciar a grandeza força da grandeza pressão, como também conceituar pressão corretamente, além de concluir que os sólidos conduzem, totalmente, a força aplicada sobre eles. 
Além disso, espera-se que se reconheça que a força exercida por um líquido, sobre as paredes do vaso que o contém, é perpendicular à superfície do vaso em qualquer ponto.
Dentre outros objetivos destes experimentos, também tem que seja identificado um sistema de vasos comunicantes facilmente e reconhecê-los em sistemas como o tubo em “U”, o manômetro de tudo aberto, etc. E concluir que, num sistema de vasos comunicantes abertos, as superfícies livres do liquido em equilíbrio se encontram todas num mesmo nível, independente da forma e dimensão do ramo (excluindo os tubos capilares).
INTRODUÇÃO
	No primeiro experimento, observar-se-á a atuação de uma grandeza vetorial no dinamômetro, representada pela força peso. Analisar-se-á também o efeito da força aplicada e sua dependência da área de atuação, ou seja, a pressão. 
O conceito de pressão nos permite entender muitos dos fenômenos físicos que nos rodeiam. Por exemplo, para cortar um pedaço de pão, utilizamos o lado afiado da faca (menor área), pois, para uma mesma força, quanto menor a área, maior a pressão produzida. Pressão é isso, a razão da força pela área, e pode ser enunciada da seguinte forma: Se uma força F comprime uma superfície, estando distribuída sobre uma área A, a pressão p, exercida pela força sobre essa superfície, é por definição:
 
Pressão é uma grandeza escalar e a sua unidade no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Pa, em homenagem a Blaise Pascal. A unidade de força é o newton (N) e a unidade de área é o m2, ambas no SI. A razão entre força e área resulta em N/m2.					1 N/m2 = 1 pascal = 1Pa
Na experiência seguinte, se verificará a força que um líquido exerce sobre as paredes do vaso que o contém. E para isso utilizar-se-á o Princípio de Pascal que, por definição, diz que a pressão que se aplica a um fluido se transmite integralmente a todos os seus pontos bem como às paredes do recipiente que o contém. Este é o princípio fundamental da Hidrostática, que diz ser a diferença de pressão entre dois pontos A e B da massa líquida igual a
pA - pB = h.d.g
Se, por um processo qualquer, aumentar-se a pressão em um ponto A do líquido, aumenta-se do mesmo valor a quantidade em um ponto B, qualquer, do líquido. A aplicação mais direta deste princípio é a prensa hidráulica, com a qual se consegue uma grande multiplicação de força.
No último experimento, observar-se-á um conjunto de vasos comunicantes, que consiste em recipientes interligados, cada um deles com formas e capacidades diversas, com um líquido armazenado. Observar-se-á que a altura do líquido será igual em todos eles depois de estabelecido o equilíbrio. Isso ocorre porque a pressão exercida pelo líquido depende apenas da altura da coluna. Isso se justifica pela Lei de Stevin que, resumidamente, é um princípio físico que estabelece que a pressão absoluta num ponto de um líquido homogêneo e incompressível, de densidade d e à profundidade h, é igual à pressão atmosférica mais a pressão efetiva, e não depende da forma do recipiente: 
Pabs = Patm + dgh
MATERIAIS E MÉTODOS
No primeiro experimento, de diferenciação entre força e pressão, foi utilizado:
Um dinamômetro de 2N
Um corpo de conexão (só gancho sem lastro)
Um gancho lastro com uma carga de 0,5N
Um ímã em barra
Um paquímetro didático
Uma folha de papel milimetrado
Um percevejo
Uma borracha de apagar
Para ser realizado o experimento sobre a força exercida por um liquido sobre as paredes do vaso que o contem, foi usado:
Uma seringa descartável perfurada horizontalmente
Um copo de Becker vazio
Um copo de Becker com 150 mL de água
Uma vela
Um clipe
Foi utilizado no experimento sobre nivelamento das superfícies de um líquido em vasos comunicantes abertos:
Painel com liberdade de giro, janelas e escalas laterais, vasos em comunicação, suporte secundário com nível de referencia horizontal visíveis através de janelas, tripé geral sobre sapatas niveladoras antiderrapantes
1,5 m de mangueira transparente
50 mL de água com duas gotas de azul de metileno (ou outro corante)
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Diferenciação entre força e pressão
1.1 Em suas observações diárias, você já deve ter verificado certos efeitos da força aplicada, como: deformando uma mola, movendo objetos, parando objetos, etc.
Segundo suas observações e apontamentos, procure justificar a natureza vetorial da força.
Resp.: , como mostrado na fórmula a força é uma grandeza vetorial, podendo também ser justificado em nosso cotidiano quando puxamos uma caixa onde determinamos um sentido, uma direção e um módulo para que haja o deslocamento.
1.2 Qual a unidade utilizada para a força no SI?
Resp.: N – Newton
1.3 Represente no espaço “Figura 1” uma grandeza vetorial e identifique na sua representação as características da grandeza vetorial.
Figura 1 – Grandeza vetorial
Módulo, direção e sentido.
1.4 Observando atentamente o dinamômetro puxe levemente o corpo de conexão e descreva o observado.
Resp.: O cilindro segmentado que compõe o dinamômetro desce conforme a força é exercida para puxar, marcando a força exercida.
1.5 Determine (com o dinamômetro) o peso do conjunto formado por um gancho lastro e uma massa de 0,5 N, anote o valor encontrado e interprete fisicamente.
Resp.: É a força peso, obtida através da fórmula , resultando em 0,54 N.
1.6 Torne a executar a pesagem, agora dependurando o conjunto de conexão (um segundo gancho solitário).
Como você justifica a força peso ter atuado no dinamômetro?
Resp.: A força peso atua para baixo deformando a mola deslocando o cilindro dentro do dinamômetro.
1.7 Segundo suas observações, verifique a validade da seguinte afirmação: “O corpo de conexão é um sólido que transmitiu a força de tração aplicada sobre ele”.
Resp.: É válida, pois o corpo atua com a mesma força “puxando” o peso igual ao dinamômetro.
1.8.1 Coloque o ímã em barra na lateral do tripé, apoie o ímã (preso ao tripé) verticalmente sobre a borracha e descreva o observado entre a borracha e o ímã.
Resp.: O tripé se apoiado no ímã, que por sua vez se apoia na borracha exercendo uma pressão que não altera a borracha.
1.8.2 Prenda a cabeça do percevejoao ímã que está preso ao tripé e torne a executar a atividade anterior, apoiando a parte pontuda do percevejo contra a borracha. Descrea o observado.
Resp.: A força peso atua sobre o imã, sendo transmitida ao percevejo, que devido a pequena área de contato com a borracha e consequente aumento da pressão, vence a resistência da borracha furando-a.
1.8.3 As forças que atuaram contra a borracha (força peso), nos dois casos anteriores, eram diferentes?
Resp.: A diferença entre as duas forças peso era insignificante pois a massa do percevejo no segundo momento pode ser considerada como desprezível no sistema utilizado, a principal diferença observada era de pressão devido a menor área de contato com a borracha.
1.9 Observe que, embora as forças aplicadas fossem praticamente iguais, os efeitos produzidos por elas foram bastante diferentes.
Em qual dos dois casos a resistência oferecida pela borracha não foi suficiente para impedir a penetração?
Resp.: No segundo caso.
1.10.1 Utilizando o papel milimetrado, determine a área aproximada (em m2) da secção reta do ímã em barra.
Resp.: 3 x 10-5 m2
1.10.2 Determine a área aproximada (em m2) da secção reta da ponta do percevejo.
Resp.: 2,5 x 10-7 m2
1.11.1 Admitindo um peso médio de 50 N para o tripé, determine o quociente entre o módulo da força aplicada e a área de atuação da mesma (quando você utilizou o ímã em contato com a borracha).
Resp.: 
1.11.2 Torne a determinar o quociente entre o módulo da força aplicada e a área de atuação da mesma, agora considerando o momento que você utilizou o percevejo em contato com a borracha.
Resp.:
1.12 Nos dois casos anteriores as forças aplicadas sobre a borracha foram perpendiculares à sua superfície. Considere uma força F = 50 N atuando sob um ângulo α = 60º com a reta normal no ponto de aplicação.
Indique neste caso, a expressão matemática que permite calcular o quociente entre a força normal aplicada sobre o percevejo e a área da superfície, identificando cada termo da mesma.
Resp.:
Figura 2 – Atuação de uma força com um ângulo αFy
Fr = 50 N
60º
Onde Fr = 
1.13 Conceitue a grandeza física pressão e indique sua unidade no SI.
Resp.: Pressão é a força aplicada sobre uma determinada área e é medida em Pa (Pascal).
Determinação, aproximada, da pressão exercida pelos pés de uma pessoa sobre o chão.
2.1 Determine, aproximadamente, a pressão exercida pelo seu peso sobre o chão.
Resp.: 
2.2 Você recomendaria, em termos de pressão, alguém atravessar um terreno lamacento sobre “perna de pau”? Justifique sua resposta.
Resp.: Não, pois utilizando uma perna de pau a pressão é elevada, devido a pequena área de contato com o solo, dificultando a movimentação.
2.3 Cite um exemplo onde duas forças diferentes produzem pressões iguais.
Resp.:
2.4 Procure justificar, em termos de pressão, o motivo pelo qual é mais fácil caminhar na areia com os pés descalços do que com sapatos de salto alto.
Resp.: É mais fácil, pois a pressão exercida pelos pés descalços é menor devido a maior área de contato com a areia quando comparada aos sapatos de salto alto.
A força exercida por um líquido sobre as paredes do vaso que o contém.
3.1 Tampe os pequenos orifícios laterais da seringa com a cera da vela e encha a seringa perfurada com água. Esvazie a seringa no interior do copo Becker vazio, empurrando constantemente o seu êmbolo. Observe atentamente o fenômeno ocorrido nos orifícios fechados pela cera.
Resp.: Com o constante aumento da pressão exercida sobre o líquido a vedação feita pela cera é rompida.
3.2 Faça, na Figura 3, o desenho esquemático mostrando a orientação da força aplicada sobre o êmbolo.
Figura 3 – Força aplicada sobre o êmbolo
3.3
Resp.:
3.3 Sabe-se que os sólidos transmitem integralmente a força externa aplicada sobre eles (tanto em módulo como em direção e sentido). Caso os líquidos fossem como os sólidos, a cera se soltaria dos orifícios existentes em suas laterais? Justifique a sua resposta.
Resp.: Não, pois se os líquidos fossem como os sólidos, a força exercida sobre o êmbolo seria devolvida com a mesma intensidade, não sabendo a cera do orifício.
3.4 Represente na Figura 4 a orientação do deslocamento sofrido pela cera, no instante em que foi empurrada pelo líquido contido na seringa.
Figura 4 – Deslocamento sofrido pela cera
3.5 Verifique a veracidade ou não da seguinte afirmação: “A força que o líquido exerce sobre as paredes do vaso que o contém é perpendicular à superfície da parede do vaso.”
Resp.: Conforme o representado na “Figura 4”, a afirmação acima está correta, pois a cera se desloca perpendicularmente as paredes do vaso.
Nivelamento das superfícies de um líquido em vasos comunicantes abertos
4.1 Um conjunto de vasos comunicantes precisa, necessariamente, possuir três vasos interligados? 
Resp.: Não.
4.2 Como você poderia obter um sistema de vasos comunicantes mais simples?
Resp.: Com apenas dois vasos interligados.
4.3 Determine com a régua as alturas existentes entre cada superfície livre do líquido e o nível do referencial fixo. Existem diferenças entre os valores?
Resp.: Todos os vasos estão ao mesmo nível, sendo 0 mm.
4.4 Solte o manípulo frontal e incline ligeiramente o painel. Determine as alturas agora existentes entre cada superfície livre do líquido e o referencial fixo. Existem diferenças nos valores medidos?
Resp.: O 1º e o 3º vaso tem altura igual a 10 mm e o 2º igual a 0 mm, tendo uma diferença considerável entre eles.
4.5 Compare o resultado de suas últimas medições com as obtidas no item 4.3. 
Resp.: A coluna d’água nos vasos das extremidades se compensam, já que enquanto ocorre o desnivelamento de 10 mm para baixo no 1º vaso e para cima no 3º vaso.
4.6 A conclusão obtida, anteriormente, se alteraria se o formato e o tamanho dos vidros fossem diferentes? Justifique a sua resposta. 
Resp.: Sim, pois a área seria modificada mudando a pressão atuante em cada vidro.
4.7 Procure justificar, fisicamente, o motivo pelo qual os colocadores de azulejo e construtores utilizam uma mangueira incolor, com água, na maioria das tarefas que necessitam de nivelamento. 
Resp.: A pressão atmosférica atua sobre o líquido nas duas extremidades da mangueira, quando essas estão abertas, equilibrando o nível de água, possibilitando a verificação do nivelamento de dois locais.
4.8 Como você diria que se comportam as superfícies livres do líquido dos vasos, em relação à posição horizontal (nível de referência)? 
Resp.: As superfícies se comportam de acordo com a pressão atmosférica que atua nos vasos verticalmente para baixo, empurrando o líquido de forma a direcioná-lo para a região central dos vasos, existindo uma força horizontal para a esquerda e outra para a direita.
4.9 Cite duas aplicações práticas do princípio dos vasos comunicantes.
Resp.: Sifão (vaso sanitário) e elevador hidráulico.
4.10 Faça com um giz uma marca no quadro verde e, utilizando uma mangueira, posicione outros pontos no mesmo nível da marca feita. Descreva o procedimento adotado e o princípio que o torna válido.
Resp.: Foi introduzida uma das extremidades da mangueira na garrafa com o líquido e na outra extremidade foi realizada uma sucção e em seguida foram tampadas as extremidades com o líquido introduzido.
As duas extremidades foram colocadas na mesma altura e foram liberadas fazendo com que a pressão atmosférica atuasse e a coluna de água se nivelasse.
4.11 Por que as caixas d’água estão em alturas superiores às das torneiras?
Resp.: Porque a caixa d’água estando mais alta que a torneira, a água desce com força suficiente para sair na torneira graças apenas a pressão da coluna de água, sem a necessidade de uma bomba para levar a água até a torneira.
CONCLUSÃO
	Inicialmente, pode-se concluir que as grandezas força e pressão estão diretamente relacionadas, juntamente de uma área, sendo uma vetorial e outra escalar, respectivamente. Uma força aplicada em uma determinada área gera uma pressão nesta área. Usou-se um imã,um percevejo, um tripé e uma borracha, pode-se observar que a força aplicada sobre um sólido é inteiramente transmitida pelo mesmo. Pode-se também calcular a pressão que uma pessoa aplica sobre o solo e concluir que na maioria das vezes, a movimentação é mais fácil se a área de contato com o solo for maior diminuindo a pressão exercida pelo corpo.
A pressão que um líquido exerce é aplicada de forma igual em todos os pontos do recipiente que o contém, como define o Princípio de Pascal. Utilizou-se uma seringa com orifícios em suas laterais, vedados por cera, observou-se que a pressão aplicada sobre a seringa foi igual em todo o corpo e que nos pontos em que havia cera, a vedação foi rompida, por ser mais frágil que a ligação do plástico.
Com um sistema de vasos comunicantes abertos, vimos que o líquido que preenche o recipiente tende a manter sua altura igual em todas as extremidades, após o equilíbrio, tanto em um sistema com três vasos e um mais simples, onde se utilizou uma mangueira para demonstrar que mesmo alterando a altura das extremidades do recipiente, o líquido tende a manter seu equilíbrio, de acordo com a Lei de Stevin.
Através dos experimentos propostos em laboratório, conclui-se que força e pressão atuam de formas diferentes em sólidos e líquidos, sempre dependendo da área em que a força é aplicada, visto que quanto menor a área de aplicação da força, maior será a pressão exercida sobre o material.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
HALLYDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER J. Fundamentos de Física, Vol. 2: gravitação, ondas e termodinâmica. 8° Edição. Rio de Janeiro, LTC, 2011.
http://www.fisica.net/hidrostatica/pressao.php
http://www.brasilescola.com/fisica/pressao.htm
http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/person/pascal.htm
http://efisica.if.usp.br/mecanica/basico/hidrostatica/pascal/
http://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/lei-de-stevin-teoria-e-aplicacoes.htm