Pratica 6 Principio de Arquimedes e Densimetria

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Universidade Federal do Ceará
Centro de Tecnologia
Curso de Engenharia Química
Relatório de Física Experimental
Prática 06: Princípio de Arquimedes e Densimetria
Aluno: Danilo Cavalcante 						Matrícula: 
Curso: Engenharia Química 		Turma: 
Professor: 
Disciplina: Física Experimental para Engenharia
Data da Prática: 12/05/2014
Fortaleza - CE
2014
Objetivos
Determinar a densidade de sólidos e líquidos.
Verificar experimentalmente o princípio de Arquimedes.
Determinar o empuxo.
Verificar a condição para que um sólido flutue em um líquido.
Material
Dinamômetro graduado em N;
Corpos sólidos (plástico, ferro, chumbo, parafina, madeira);
Líquidos (água, álcool);
Garrafa plástica com tampa;
Béquer de 140 mL;
Proveta de 100 mL;
Introdução
	Por que um navio vem a flutuar na água e uma simples pedra atirada na agua não consegue? Essa é uma das perguntas em que se buscou responder e que a pratica veio a propor.
	Arquimedes observando a situação propôs que “Um corpo imerso num fluido, perde uma quantidade de peso igual ao peso da quantidade de peso de fluido deslocado”, ou em outras palavras, “O corpo imerso no fluido recebe um empuxo vertical, de baixo para cima, igual ao peso do fluido deslocado”.
	
Quando um corpo é total ou parcialmente mergulhado em fluido (líquido ou gasoso), fica sujeito à pressão exercida pelo fluido sobre todos os pontos de sua superfície que estão em contato com o fluido.
A pratica em questão se baseou nos conceitos de densidade ou massa específica que é definida como uma propriedade específica, isto é, cada substância pura tem uma densidade própria que a identifica e a diferencia das outras substâncias, a densidade absoluta é definido como uma relação entre a massa M de um corpo sobre seu volume V. A massa especifica de um corpo é representado por: 
d = m/ V
Onde : d = densidade;
M = massa da substância;
V = volume ocupado pela substância;
	Podemos determinar com o volume da amostra e sua massa a sua densidade, que em poucas palavras é a quantidade de matéria em um determinado espaço, ou como a formula já nos dá, a massa sobre o volume, sendo a unidade de densidade kg/m³ mais na pratica foi utilizada preferencialmente g/cm³.
	Quando um corpo é mergulhado em um fluido em equilíbrio, o fluido exerce pressão em todos os pontos da superfície do corpo que esteja em contato com ele. Como a pressão é maior nas partes imersas mais profundas, haverá uma força resultante verticalmente para cima, sendo então o empuxo.
Procedimento
	DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA DE LIQUIDOS.
Utilizando um dinamômetro foi pesado uma garrafa com tampa vazia. Com um peso em N igual a 0,1 e com massa igual a 10,12 g. Após foi medido em uma proveta graduada 100 ml de agua e colocado no recipiente e pesado, sendo o peso do conjunto igual a 1,08 N. O mesmo foi feito com o álcool e os resultados foram colocados na tabela 1.
Com isso determinamos a massa específica de 100 ml de agua e de álcool.
	Amostra
	Peso (N)
	Massa (g)
	Volume (mL)
	Densidade
	Agua
	0,98
	99,90
	100
	0,998
	Álcool
	0,76
	77,47
	100
	0,774
Tabela 1.
DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA DE SÓLIDOS.
Foi utilizado 100ml de agua para o procedimento dessa parte da pratica, pois sabendo este volume, ao inserirmos qualquer solido o nível de agua que vier a subir na proveta graduada seria então o volume do solido em questão, que na pratica estivemos utilizando uma amostra de ferro, plástico, chumbo, madeira e parafina, que para cada caso deveríamos fazer a experimentação e determinar o volume, calcular a massa e determinar a densidade do solido.
Os resultados experimentais encontram - se na tabela 2.
 
	Amostra
	Peso (N)
	Massa (g)
	Volume (mL)
	Densidade (g/cm³)
	Ferro
	1,14
	116,21
	16,00
	7,26
	Plástico
	0,24
	24,46
	21,50
	1,14
	Chumbo
	1,62
	165,14
	15,50
	10,65
	Madeira
	0,18
	18,25
	26,00
	0,71
	Parafina
	0,20
	20,39
	24,00
	0,85
									Tabela 2
VERIFICAÇÃO DA DENSIDADE RELATIVA
Nesta parte da pratica que consistia em apenas observar como as amostras se comportavam mediante o mergulho em agua e em álcool, e comparar com os resultados calculados que se encontram na tabela 2, observando se as amostras flutuam ou não.
	Amostra
	Flutua na água?
	Flutua no álcool?
	Damostra é menor que Dagua?
	Damostra é menor que Dalcool?
	Ferro
	Não
	Não
	Não
	Não
	Plástico
	Não
	Não
	Não
	Não
	Chumbo
	Não
	Não
	Não
	Não
	Madeira
	Sim
	Sim
	Sim
	Sim
	Parafina
	Sim
	Não
	Sim
	Não
									Tabela 3
DETERMINAÇÃO DO EMPUXO
Quando um corpo é total ou parcialmente mergulhado em fluido (líquido ou gasoso), fica sujeito à pressão exercida pelo fluido sobre todos os pontos de sua superfície que estão em contato com o fluido.
A pressão exercida pelo fluido sobre um determinado ponto imerso do corpo, depende da altura da coluna de fluido que atua nesse ponto. Portanto, a pressão é maior nas partes do corpo que estão mais profundamente imersas. A resultante das forças exercidas pelo fluido sobre todos os pontos imersos do corpo é dirigida verticalmente para cima, e é denominada empuxo. Esse fato experimental é conhecido como princípio de Arquimedes, e enunciado da seguinte maneira:
“Todo corpo total ou parcialmente imerso em um fluido, recebe deste um empuxo vertical, dirigido de baixo para cima, de módulo igual ao peso do volume de fluido deslocado pelo corpo”.
	Assim ao determinarmos o peso de um corpo imerso no líquido, verificamos que haverá um empuxo (E) exercido pelo liquido sobre o corpo, assim determinamos o peso aparente (P’) menor que o peso real (P):
P’ = P – E
E = P – P’
Na pratica foi adicionado 60 ml de agua na proveta e então determinado o peso aparente das amostras de ferro, plástico e chumbo, pesando totalmente mergulhadas na agua. E os resultados obtidos mediante o experimento e cálculos encontram – se na tabela 4.
	AMOSTRA
	Peso aparente na agua (N)
	Peso aparente no álcool (N)
	Ferro
	1,00
	1,02
	Plástico
	0,04
	0,08
	Chumbo
	1,48
	1,50
									Tabela 4
Foi determinado mediante cálculos o empuxo, sendo multiplicado a densidades dos líquidos pelos volumes e pela aceleração da gravidade (9,81 m/s²) para passar o resultado obtido do empuxo em g/cm³ para kg/m³, e foi determinado o empuxo pela diferença entre o peso real e o aparente quando o corpo esta imerso num liquido.
EMPUXO NA ÁGUA
	AMOSTRA
	Ferro
	Plástico
	Chumbo
	VOLUME (M³)
	0,000016
	0,000022
	0,000015
	EMPUXO (N)
Densidade*volume*gravidade
	1.14N
	0,24 N
	1,62 N
	EMPUXO (N) (peso real) – (peso aparente)
	0,14 N
	0,20 N
	0,14 N
								Tabela 5
EMPUXO NO ALCOOL
	AMOSTRA
	Ferro
	Plástico
	Chumbo
	VOLUME (M³)
	0,000016
	0,000022
	0,000015
	EMPUXO (N)
Densidade*volume*gravidade
	1,14 N
	0,24 N
	1,62 N
	EMPUXO (N) (peso real) – (peso aparente)
	0,12 N
	0,16 N
	0,12 N
								Tabela 6
Questionário
Baseado nos dados experimentais óbitos, qual a massa em gramas de:
1 litro de agua.
999,0 g
1 litro de álcool.
774,7 g
Que conclusões podem tirar dos resultados da tabela 3.
Na tabela 3 obtivemos mediante observação quais foram as amostras que flutuavam na agua ou álcool, e se tinham densidades maiores que os líquidos, sendo que quem tinha uma densidade maior que os líquidos afundavam, sendo o ferro, o plástico e o chumbo afundaram, e quem tinha densidade menor que os líquidos flutuavam que no caso foi a madeira.
A parafina flutuou na agua e afundou no álcool.
Sabemos que o gelo flutua na agua e que garrafa com agua colocadas no congelador explodem. Que relação há entre dois fatos?
O determinado caso ocorre pois o a agua quando se transforma em gelo aumenta de volumepois sua densidade diminui, sendo que a quantidade de massa do gelo por volume é menor assim ocorre o evento de a garrafa de agua no congelador explodir. E no caso de o gelo flutuar é o fato de sua densidade ser menor que a da agua, fato observado na tabela 3, que uma amostra (gelo) com densidade menor que o liquido em que esta inserida (agua) irá flutuar.
 
Que propriedade um líquido deve ter para que uma esfera de aço de 2,5 kg de massa possa flutuar? A massa específica do aço é 7850 kg/m³.
Para tal ocorrência o liquido deve ter densidade maior que 7850 kg/m3, assim a esfera de aço iria flutuar.
Baseado nos dados obtidos, tabelas 5 e 6, onde o empuxo é maior, na água ou no álcool? Justifique.
Na agua, pois especificamente no plástico teve maior força.
Como a massa específica do liquido influi no empuxo?
Atuando como na flutuação ou no afundamento, quanto maior a massa maior a força.
a) Um cubo de gelo está flutuando em um copo de água Quando o gelo fundir, o nível da água no copo subirá? Explique.
Não, pois a densidade do gelo é menor que a da agua, isso significa que quando o gelo derreter e se tornar agua novamente o nível da agua do copo irá descer.
b) Se o cubo de gelo contém um pedaço de chumbo no seu interior, o nível da água baixará quando o gelo fundir? Explique.
Dependendo do tamanho do chumbo, o gelo que tem o chumbo em seu interior continuara flutuando, e partindo deste principio que o gelo ficara flutuando quando o gelo derreter a agua ira baixar um pouco como observei no item anterior, mas como o chumbo está no interior do gelo ocorrerá que o chumbo irá afundar pois a densidade do chumbo é muito superior que a da água, o nível da agua irá subir por causa da massa do chumbo no interior do copo.
Um estudante tem 70,0kg de massa.
Supondo que seu volume é 0,080 m³, qual o empuxo sobre o estudante devido ao ar?
686,7 kg*m/s²
Qual o peso aparente em kgf que o mesmo obtém ao se pesar?
70 kgf.
Este estudante flutuaria na água?
(a massa específica do ar é 1,3 kg/m³)
Utilizando a unidade massa específica em kg/m³ a densidade da agua é 999 kg/m³ e como a do estudante é de (70/0,080) = 875 kg/m³ o estudante flutuara sim na agua.
Conclusão
	Com a pratica de principio de Arquimedes de Densimetria podemos perceber e adquirir como experiência a noção sobre massa específica e densidade além de poder calcular e observar diversas situações sobre o flutuamento e afundamento de materiais em fluidos, sendo que na pratica observamos em apenas agua e álcool. Podemos também ver a aplicação pratica sobre o conceito de Arquimedes respondendo sobre um pergunta simples, Como um barco de ferro pode flutuar na agua enquanto apenas jogando uma pedra no lago ela afunda? Para tal pergunta Arquimedes nos respondeu, O Empuxo.
Bibliografia
www.infoescola.com/fisica/principio-de-arquimedes-empuxo/
www.ebah.com.br/content/ABAAAj6QAK/densimetria
www.brasilescola.com/fisica/empuxo.htm
www.sofisica.com.br/conteudos/mecanica/estaticaehidrostatica/empuxo.php