Determinação de Massa Específica de Líquidos

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Laboratório de Física Geral I – Engenharia Civil
Professor: Me Carlos da Silva dos Santos
Determinar a massa específica de alguns líquidos
Experimento 1
Gustavo de Almeida Brito	 mat:1422140015
Lúcio Flávio Moraes Miranda	mat: 1512140135
Ravena Larissa Nunes Lima		mat: 1422140049
Yuri Santos Lima			mat: 1622140031
13/03/2018
Resumo
O experimento consiste na determinação da massa específica dos fluidos através do uso de uma balança digital precisa, um medidor de volume e fluidos diferentes (no caso usou-se detergente, água e álcool). Desde já o objetivo foi alcançado visto que os valores obtidos em comparação com os valores tabelados estavam dentro do limite de aceitação (erro 10%).
Introdução
Fluido é uma substância que pode escoar, não apresenta forma própria e assume a forma de qualquer recipiente em que está contido. A hidrostática é a parte da Física que se interessa por estudar as propriedades dos fluídos, sejam eles líquidos ou gases.
Ao pegar certa quantidade de uma substância conclui-se que ela tem massa, e para calcular a sua massa específica (ρ) basta dividir a sua massa (m) pelo o volume (V) ocupado, expressa pela fórmula: em que o “ρ” no SI é quilograma por metro cúbico (kg/m³).
Materiais e Procedimentos
Materiais utilizados:
- Picnômetro de 25 ml;
- Picnômetro de 50 ml;
- Balança digital;
- Fluidos para realização dos ensaios: água, álcool, detergente.
Pesar o picnômetro seco determinando a massa inicial ;
Separar a água, detergente e o álcool para inicial o ensaio;
Preencher os picnômetros de 25 ml e 50 ml com os fluidos que se deseja conhecer a massa específica até seu máximo;
Tampar os picnômetros e secar a parte externa com um pano seco;
Pesar os picnômetros cheio e anotar a massa final ;
Lavar cuidadosamente os picnômetros para o próximo ensaio;
Refazer para os outros fluidos completando a tabela.
Resultados/Análise dos Resultados
Resolução:
ρágua;25ml= = , ρálcool;25ml= = , ρdetergente;25ml= = 
Passando o ρ de , para fica:
ρágua;25ml= = = 1,086410³ 
ρálcool;25ml= = = 0,853210³ 
ρdetergente;25ml= = = 1,107210³ 
ρágua;50ml= = , ρálcool;50ml= = , ρdetergente;50ml= = 
Passando o ρ de , para fica:
ρágua;50ml= = = 1,088410³ 
ρálcool;50ml= = = 0,86710³ 
ρdetergente;50ml= = = 0,92210³ 
Como se pôde observar pelas tabelas, os valores obtidos foram maiores do que os teóricos, porém esse erro está dentro do aceitável para experimentos. Possíveis causas destes erros podem ter sido pequenas interferências na balança que é bastante sensível, mudando até mesmo com a respiração perto dela. Pode-se amenizar esses pequenos erros através de atenção e cuidado na sua utilização.
Obs.: As temperaturas usadas para base de dados foram de 25ºC. Os valores tabelados encontram-se expressos em ml, g ou g/cm³ havendo a necessidade da transformação dos mesmos para o SI, contudo os resultados dos erros obtidos continuaram iguais visto que a proporcionalidade fora mantida de um para o outro.
Conclusão
O experimento foi um sucesso, pois foi achado a massa específica da água, álcool e detergente usando dados extraídos da pesagem das amostras no picnômetro. Ao fazer as equações dos valores coletados para achar um valor teórico e ao compará-lo com os valores esperados, foi visto que os resultados estavam dentro do aceitável tendo em conta que toda experiência é acarretada de possíveis eventualidades que venham a alterar os valores coletados.
Bibliografia
SILVA, Domiciano Correa Marques da. Massa específica; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/massa-especifica.htm>. Acesso em 23 de março de 2018.
EVANGELISTA, Adão Wagner Pêgo. Propriedades fundamentais dos fluidos; UFG. Disponível em <https://www.agro.ufg.br/up/68/o/1.1.2__Propriedades_dos_fluidos.pdf>. Acesso em 23 de março de 2018.
HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHYSICS. Tabela de Densidade da água com a temperatura. Disponível em <https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/286169/mod_resource/content/2/TABELA%20DE%20DENSIDADE%20DA%20ÁGUA%20COM%20A%20TEMPERATURA.pdf>. Acesso em 23 de março de 2018.
FOGAÇA, Jennifer. Densidade; Manual da Química; UOL. Disponível em <https://manualdaquimica.uol.com.br/quimica-geral/densidade.htm>. Acesso em 24 de março de 2018.
COPAPEL. Ficha de Informações de Segurança de Produtos Químicos – FISPQ; Copapel. Disponível em <http://www.copapel.com.br/copapel/ficha-tecnica/9009/FISPQ_LAVA-LOUCAS_NEUTRO.PDF>. Acesso em 24 de março de 2018.
Manômetro de tubo em U
Experimento 2
Resumo
Neste experimento utilizou-se um manômetro de tubo em “U” para realizar-se a medida de pressão diferencial. Foram utilizados dois fluidos (água e óleo) para determinar a pressão em cada substância partindo de que dois pontos em um mesmo plano horizontal em um vaso comunicante estão sobre efeito da mesma pressão segundo o Teorema de Stevin.
Introdução 
A pressão significa “força por unidade de área”  que atua sobre uma superfície. Ela possui várias unidades de medida, sendo Pascal (Pa) a adotada pelo SI, também podendo ser expresso por n/m². 
Pressão Manométrica ou relativa é a diferença entre a pressão medida e a pressão atmosférica. Denominam-se manômetros e vacuômetros os instrumentos utilizados para medir pressão acima e abaixo da pressão ambiente atmosférica local, respectivamente. Existem 4 tipos de manômetros, sendo o de coluna líquida largamente utilizado, principalmente para a realização de experimentos. Os manômetros de coluna líquida possuem uma grande vantagem: não necessitam de calibração, desde que se possa garantir a densidade do líquido manométrico e a exatidão da escala que mede a altura da coluna.
Seja um líquido qualquer de densidade d em um recipiente qualquer, escolhemos dois pontos R e T.
As pressões em Q e R são:
A diferença entre as pressões dos dois pontos é:
Com isso podemos enunciar o Teorema de Stevin que diz o seguinte:
"A diferença entre as pressões de dois pontos de um fluido em equilíbrio é igual ao produto entre a densidade do fluido, a aceleração da gravidade e a diferença entre as profundidades dos pontos."
Sendo assim:
Através deste teorema podemos concluir que todos os pontos em um mesmo plano horizontal, em um fluido homogêneo (que tem sempre a mesma densidade) estão submetidos à mesma pressão.
Materiais e Procedimentos
Os Materiais utilizados: 
Manômetro em U da bancada experimental de estática dos fluidos; 
Peras de pressão/vácuo com válvula de alívio; 
Conexões Y; 
Fluidos com densidades conhecidas (água e óleo de uva). 
Preencher o tubo em “U” com água e óleo (substâncias com densidades conhecidas);
Conectar uma pera no tubo, utilizando as conexões “Y” e apertar a linha calmamente acompanhando a evolução das colunas e observando a medição.
Resultados/Análise dos Resultados
Fórmulas utilizadas para resolução:
Sendo havendo a necessidade de transformação das unidades para o SI quando necessário.
Através da análise dos resultados, vê-se que a pressão é maior para as diferenças de altura de valores altos. Porém ao comparar-se os valores obtidos para uma mesma diferença de altura (azul na tabela) percebe-se que a água em ambos os valores possui uma diferença de pressão maior do que a do óleo (vermelho na tabela), só afirmando mais ainda que a pressão da água é maior do que a do óleo em questão. Pelo fato de o manômetro ser um aparelho confiável, os possíveis erros podem estar no erro humano, visto que neste experimento os valores obtidos eram através do “olhômetro”. 
Conclusão
Conclui-se então que o experimento realizado foi um sucesso, pois se conseguiu aferir a pressão existente no tubo com água e óleo utilizando os dados extraídos. Mesmo estando passível de erro no olhar humano, os resultados foram satisfatórios.
Bibliografia
SÓ FÍSICA. Teorema de Stevin. Disponível em <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/EstaticaeHidrostatica/teoremadestevin.php>. Acesso em 24 de março de 2018.
UDESC.Capítulo 6 – Medição de Pressão. Disponível em <http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/bonilla/materiais/Cap_6_Pressao_ale.pdf>. Acesso em 24 de março de 2018.
Viscosímetro de Stokes
Experimento 3
Resumo
Neste experimento tem-se como objetivo determinar a viscosidade absoluta de um fluido através de um picnômetro e uma esfera de aço soltando-a sobre o picnomêtro e cronômetrando o tempo. Desde já os resultados foram satisfatórios visto que foi possível a obtenção do coeficiente de viscosidade do detergente sem muitos erros aparentes.
Introdução
A viscosidade é uma característica completamente ligada aos fluidos. “A viscosidade é a medida da fricção interna de um fluido que resiste ao escoamento. A fricção torna-se aparente sempre que a camada do fluido se move em relação a outra. Quanto maior a fricção maior será a força necessária para provocar movimento, ao qual se chama shear. Fluidos muitos viscosos requerem maiores forças para se moverem que os fluidos menos viscosos”. (MONTE NEGRO, 2012, pg.1). Basicamente, viscosidade é a propriedade que os fluidos possuem em resistir ao escoamento, dado certa temperatura.
A viscosidade de um fluido pode ser determinada de várias formas. No experimento realizado, utilizou-se o viscosímetro de Stokes que se baseia na velocidade e tempo de queda de uma esfera em um determinado fluido, neste caso foi utilizado o detergente como fluido. O movimento de um corpo em um meio viscoso é influenciado pela ação de uma força viscosa, Fv, proporcional à velocidade, v, conhecida como lei de Stokes. No caso de esferas em velocidades baixas, essa força viscosa (força de arraste), em módulo, é expressa pela equação abaixo:
Onde é o coeficiente de viscosidade dinâmica do meio (N.s/m² ou Kg/m.s ), R (m) é o raio da esfera e v é a velocidade de queda da esfera (m/s). Se uma esfera de densidade maior que a de um líquido for solta na superfície do mesmo, no instante inicial a velocidade é zero, mas a força resultante acelera a esfera de forma que sua velocidade vai aumentando.
Fig. 1. Forças que atuam numa esfera em um meio viscoso e gráfico da velocidade limite em função do tempo de queda.
Pode-se verificar que a velocidade aumenta não-uniformemente com o tempo e atinge um valor limite (vL), também velocidade terminal, que ocorre quando a força resultante for nula. As três forças que atuam sobre (força peso, empuxo e a força viscosa também chamada de força de arraste) a esfera estão representadas na Fig. 1.
Aplicando a 2ª Lei de Newton tem-se:
Ao atingir a velocidade terminal a aceleração será nula e a equação se resume a:
Onde:
Quando respeitadas as condições de Stokes, ou seja, para viscosidades altas o suficiente para que o número de Reynolds seja muito pequeno (Re << 1), as forças de inércia são desprezíveis (fluxo de Stokes), fazendo com que a força de arraste seja, segundo a solução dada pela Lei de Stokes:
Assim:
Isolando μ temos:
Materiais e Procedimentos
Materiais utilizados:
Picnômetro;
Esfera de aço;
Detergente.
Utilizando um picnômetro medir a densidade do fluido ρfluido sob ensaio e preencher um dos tubos de Stokes;
Separar as esferas de aço (ou de vidro), medir os diâmetros e determinar suas densidades. Caso não seja possível, utilize ρaço = 7,86 g/cm3;
Medir as distâncias entre as marcas no viscosímetro;
Para minimizar o efeito de parede é importante soltar a esfera no centro do tubo de Stokes. Para isto utilize o largador.
Ensaio:
Solte uma esfera e ao passar pela primeira marca, dispare o cronômetro;
Ao passar pela segunda marca encerre a cronometragem;
Refaça este procedimento mais 4 vezes preenchendo a tabela abaixo;
Utilize o dispositivo de garra para retirar as esferas. Para as esferas de aço pode ainda ser utilizado um imã.
Resultados/Análise dos Resultados
Fórmulas utilizadas para resolução:
, pois 1s = 10³ ms
, calculado para cada um dos 5 valores
, sendo os valores medidos em ; a média em ; n o número de medidas
:
g = 9,81(m/s²)
D = 6 mm = 0,006 m
Obs.: o valor utilizado para o é o mesmo que fora calculado no experimento 1 para o detergente, visto que ambos os fluidos eram do mesmo material. 
Com base na tabela dos dados coletados se pode observar que o detergente possui um coeficiente de viscosidade bastante alto em comparação com o da água (≈ 0,8904 kg/m.s). Comprovando de maneira teórica o que podemos perceber claramente na prática. Possíveis erros para este experimento podem estar relacionados com a falta de precisão na cronometragem dos segundos visto que a cronometragem é feita por ação humana. Um modo de diminuir esse erro seria na utilização de um aparelho de sensor de movimento.
Obs.: A temperatura usada para base de dados foi de 25ºC conforme literatura adotada para consulta de dados.
Conclusão
O experimento foi um sucesso demonstrando assim a aplicação para um fluido do dia a dia através de cálculos. Mesmo podendo haver pequenos erros nos intervalos de tempo, os resultados foram eficientes e bastantes práticos.
Bibliografia
IQ – UNB. Propriedades Físico-Químicas: Densidade e Viscosidade. Disponível em <http://www.iq.unb.br/images/downloads/apostilas/Apostila_-_Quimica_Geral_Experimental_-_1-2014-Parte2.pdf>. Acesso em 26 de março de 2018.
COELHO, Pedro. Lei de Stokes. Disponível em <http://www.engquimicasantossp.com.br/2013/10/lei-de-stokes.html>. Acesso em 26 de março de 2018.
PAGAN, Fausto. Viscosímetro de Stokes. Disponível em <https://pt.slideshare.net/faustopagan/relatrio-7-viscosmetro-de-stokes>. Acesso em 26 de março de 2018.
PILLING, Sergio. Determinação da viscosidade dinâmica de fluidos pelo método de Stokes. Disponível em <https://www1.univap.br/spilling/FQE2/FQE2_EXP9_Stokes.pdf>. Acesso em 26 de março de 2018.