SUBMARINO EXPERIMENTO RELATÓRIO

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Universidade Estácio de Sá – CampusMacaé
	
	
	Curso: Engenharias
	Disciplina: Física Experimental
	Código: CCE0478
	Turma:3087
	
	
	Professor (a): ROBSON FLORENTINO
	Data de Realização: 26/09/2014
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Nome do Aluno (a): ANDRÉ LUIZ DOS SANTOS
Nome do Aluno (a): VILMAR CARVALHO
Nome do Aluno (a): PEDRO HENRIQUE BARBOSA ALVES
Nome do Aluno (a): IVES MORAIS LOUREIRO
Nome do Aluno (a): ARTHUR FONSECA MARQUES
	Nº da matrícula: 201307190571
Nº da matrícula: 201301531456
Nº da matrícula: 201308027591
Nº da matrícula: 201308068611
Nº da matrícula: 201307197388
PRINCÍPIO DE IMERSÃO E SUBMERSÃO DO SUBMARINO
(PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES)
Objetivos:
O objetivo deste experimento é a demonstração do princípio de funcionamento de um submarino, para tanto utilizaremos dois aspectos relacionados à mecânica dos fluidos: A pressão suportada pela estrutura do submarino e o princípio de Arquimedes, que permite ao submarino afundar ou aflorar à superfície.
Introdução teórica:
O princípio de funcionamento de um submarino está baseado na variação de seu peso, através da admissão de água em seus compartimentos estanques. Uma vez que a água é admitida, o submarino começa sua imersão, antes da imersão total, o empuxo varia continuamente igualando-se ao peso, o qual muda enquanto a água esta sendo admitida em seus tanques. Quando está totalmente submerso, o empuxo atuante sobre o submarino não é mais variável, já que o volume do submarino não varia.
Então, a admissão de água em seu interior permite o aumento de seu peso fazendo-o imergir
(P > E) e a retirada de água de seus tanques através de bombas lhe permitir emergir (P < E).
O submarino pode navegar Submerso quando o equilíbrio é alcançado, ou seja, o seu peso é igual ao empuxo (P = E). Quando isto acontece, as comportas de admissão de água são fechadas.
A figura 1 representa a segmentação de um submarino.
Aparelho utilizado:
- Um tubo de PVC de 100 mm;
- Dois cap’s de PVC de 100 mm;
- Dois tubos de PVC de 50 mm;
- Quatro cap’s de PVC de 50 mm;
- Cola adesiva para PVC;
- Bexiga;
- Mangueira transparente;
- Bomba de encher colchão.
Roteiro do experimento:
A pressão hidrostática (PH) dada por uma coluna de água de altura H é calculada através da equação:
A Figura 2 ilustra os coeficientes da equação:
Figura 2: Pressão mostrada pela coluna d`água
Sendo μ a densidade do líquido e V o volume, temos que:
Assim:
Substituindo a equação (1) na equação (2), temos que:
Para uma profundidade H do submarino tal que , adotando-se  e sendo , tem-se que:
Logo,
A cada 10 m que ele aprofunda na água, a pressão hidrostática aumenta de 1 atm.
A pressão externa total a que está sujeito o submarino é de 11,5 atm e, como a pressão interna é de 1,0 atm, a diferença de pressão suportada pela estrutura do submarino é a pressão hidrostática da água, da ordem de 10,5 atm. O princípio de Arquimedes trata da resposta de um fluido à presença de um corpo presente nele. O enunciado pode ser descrito com as seguintes palavras: Todo corpo total ou parcialmente imerso em um fluido em equilíbrio, na presença de um campo gravitacional, fica sob ação de uma força vertical ascendente aplicada pelo fluido; esta força é denominada empuxo e sua intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo.
Assim sendo, podemos escrever matematicamente:
Nestas equações temos m sendo a massa de fluido deslocado e g o valor do campo gravitacional no local.
A massa de fluido deslocado pode ser associada ao seu volume e, logicamente, ao volume submerso do corpo da seguinte maneira (no caso de corpos com densidade uniforme):
  
Nestas equações temos sendo a densidade do fluido e V o volume de fluido deslocado (se o corpo estiver completamente submerso no fluido este V fica sendo igual ao volume do objeto V’). Com esta análise é possível conhecer a força de empuxo ao qual um corpo estará sujeito a partir do conhecimento de uma propriedade do fluido (sua densidade) e da extensão do objeto que está submersa no fluido (o volume V).
Podemos visualizar o Princípio de Arquimedes com a seguinte situação: um copo totalmente cheio d’água e uma esfera de chumbo. Quando a esfera entra em contato com a superfície da água, ela afunda e provoca o extravasamento de uma certa quantidade de água.
A força que a água exerce sobre a esfera terá direção vertical, sentido para cima e módulo igual ao do peso da água que foi deslocada como mostra a Figura 3.
Figura 3: Empuxo
Portanto, o valor do empuxo está ligado ao volume externo do sólido mergulhado no líquido, não importando a sua densidade ou o seu peso. No caso do submarino, quando estiver flutuando na superfície, o seu peso terá a mesma intensidade do empuxo recebido. A Figura 4 nos mostra a relação entre o peso e o empuxo dentro de um submarino:
Figura 4: Demonstração do empuxo em relação à pressão
Para que o submarino afunde, o seu peso deve aumentar, o que se consegue armazenando água em reservatórios adequados em seu interior. Controlando a quantidade de água em seus reservatórios, o peso do submarino é ajustado para o valor desejado.
Para que o submarino volte a flutuar, a água deve ser expulsa de seus reservatórios para reduzir o peso do submarino e fazer com que o empuxo se torne maior que o peso como mostra a Figura 5.[2]
Figura 5: Demonstração de que se o empuxo for maior que a pressão, o submarino sobe.
Quando o submarino está totalmente imerso, o volume de água deslocado (volume externo do submarino) é sempre o mesmo, o que faz com que a intensidade do empuxo aplicado pela água E’ se mantenha constante, não importando o valor de seu peso.
Conclusão:
Podemos concluir que através do procedimento experimental pode-se observar que o empuxo é uma força que é proporcional ao liquido deslocado após a imersão de um solido neste mesmo líquido, independentemente da forma que esse sólido possua, e que varia com a densidade do líquido utilizado. Também pode ser notado que ao conhecermos o empuxo, peso do corpo e densidade do líquido podemos calcular a densidade do sólido e se não tivermos a densidade do líquido, porem, soubermos a do sólido podemos defini-la facilmente.
Referência Bibliográfica:
http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/submarino/submarino.php
http://www.mundovestibular.com.br/articles/245/1/SUBMARINO-/Paacutegina1.html- acessado
http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/070705.pdf acessado em 13 de agosto de 20010.
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172007000400019 http://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_sem1_2006/DouglasS_Andre_RF1.pdf