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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS CURSO: BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE ONDAS E TERMODINÂMICA NOTA EXPERIMENTO 5: MECÂNICA DOS FLUIDOS – PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES PROF. JOSÉ LUIZ ALUNO(A): TURMA: DATA: 1 – OBJETIVO: Estudar o efeito das forças exercidas sobre um objeto quando mergulhado em um fluido; 2 – FUNDAMENTO TEÓRICO: Quando colocamos um objeto completamente na água, este sofre uma pressão devido ao fluido. Como a pressão da água aumenta com a profundidade, a soma vetorial de todas as forças exercidas pelo fluido resultará em uma componente verticalmente para cima. Esta resultante é chamada de empuxo (E). O Princípio de Arquimedes diz que um corpo completamente ou parcialmente imerso em um fluido sofrerá a ação de uma força que aponta para cima igual ao peso do fluido deslocado [1]. Assim, E=ρ f . g .V f (1) onde ρf é a densidade do fluido deslocado; Vf é o volume do fluido deslocado; g é a aceleração da gravidade. Na Fig. 01 temos a situação onde uma bola está imersa em um fluido, as forças atuantes sobre a bola são a força peso p e o empuxo E [1]. 4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 4.1 – Meça somente o peso do êmbolo: 4.2 – Monte o sistema mostrado na Fig. 02 na situação (1) e meça o peso do sistema (recipiente cilíndrico sem água + êmbolo) medido pelo dinamômetro. Esta medida será D1: 4.3 – Adicione água lentamente ao béquer. Enquanto o êmbolo está sendo mergulhado descreva o que acontece com a medida do dinamômetro: _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ Quando o êmbolo estiver imerso completamente na água, situação (2) da Fig. 02, anote a medida do peso do sistema medido pelo dinamômetro. Esta medida será D2: 4.4 – Com uma seringa encha cuidadosamente o recipiente cilíndrico com água, descreva o que acontece com a medida do dinamômetro: _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ UFERSA – DCEN – Lab. Ondas e Termodinâmica_______________________________________________________1 3 – MATERIAL UTILIZADO • Tripé triangular com haste principal e suporte; • Seringa sem agulha; • Dinamômetro; • Béquer contendo água; • Recipiente em formato cilíndrico com êmbolo; Figura 01 Pêmbolo = D1 = D2 = Figura 02 – ilustração do aparato e montagem. Ao encher completamente, anote o valor indicado pelo dinamômetro. Este valor será D3; Note que o volume de água no recipiente é igual ao volume do êmbolo. 4.5 – Desenhe o esquema das forças que atuam sobre o êmbolo e sobre o copo em todas as situações da Fig. 02. 5 – QUESTÕES E PROBLEMAS 5.1 – Usando os valores de D1, D2 e D3 determine o empuxo sofrido pelo êmbolo quando estiver totalmente submerso. _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 5.2 – Os valores de D1 e D3 são iguais ou diferentes? Explique._______________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 5.3 – Utilizando da Eq. 1 calcule o volume de água deslocada pelo êmbolo. (Use a densidade da água igual a 1000 kg/m3) _________________________________________________________________________________________________ __ ______________________________________________________________________________________________ 5.4 – (A) Supondo que o êmbolo seja feito somente de um material uniforme determine a densidade do êmbolo. (B) Calcule o peso aparente quando o êmbolo estiver totalmente mergulhado na água (peso aparente é a diferença entre o peso real do objeto e o empuxo, ou seja, Paparente = Pobjeto – E). _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 5.5 – Um objeto com peso P mergulhado em certo líquido sofre um empuxo E, descreva o que acontece quando: a) E > P b) E = P c) E < P 5.6 – Quais as condições necessárias para que um navio flutue? ______________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 5.7 – Duas esferas de materiais diferentes, mas de mesmo raio, têm pesos P1 e P2 (P2 > P1). Elas estão paradas no fundo de um copo contendo água (olhe a Fig. 03). (A) Quais são as forças que atuam sobre as duas esferas? (B) Mostre que, apesar de serem de materiais diferentes, o empuxo sobre as esferas é o mesmo. (C) Qual esfera terá a maior força normal? Justifique sua resposta._________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ UFERSA – DCEN – Lab. Ondas e Termodinâmica_______________________________________________________2 D3 = Figura 03 6 – CONCLUSÃO _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ 7 – BIBLIOGRAFIA [1] – Sears & Zemanski, Young & Freedman, Física II, Ondas e Termodinâmica, 12ª Edição, Person, 2008. [2] – Resnick, Halliday, Krane, Física 2, 5ª Edição, LTC, 2007. UFERSA – DCEN – Lab. Ondas e Termodinâmica_______________________________________________________3 Universidade Federal Rural do Semi-Árido Departamento de Ciências Exatas e Naturais Curso: Bacharelado em Ciência e Tecnologia Disciplina: Laboratório de Ondas e Termodinâmica NOTA Experimento 5: Mecânica dos Fluidos – Princípio de Arquimedes Prof. José Luiz 6 – CONCLUSÃO 7 – BIBLIOGRAFIA
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