Relatório 2 Densidade sólido e líquido

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Universidade Federal do Piauí
Departamento de Física – CCN
Laboratório de Física Experimental 2
Professora: Maria Letícia Vega
Prática 2 : Densidade de sólidos e líquidos 
BRENDON MENEZES DE ABREU
TIAGO FRANCISCO TELES DE SOUSA E SILVA
LUCAS OLIVEIRA SIQUEIRA
JOSE ALBERTO FONSECA GUIMARAES FILHO
Teresina 18 de abril de 2015
Resumo
A densidade é uma propriedade especifica de cada material que serve para identificar uma determinada substância. A unidade da densidade no SI é o quilograma por metro cúbico. Essa grandeza é diretamente proporcional a massa e inversamente proporcional ao volume. 
Visto isso, é possível concluir que o material mais denso afunda e o menos denso flutua. Neste experimento objetivou-se determinar, primeiramente, a densidade de dois líquidos: água e óleo. Isso foi possível por meio da utilização de uma proveta graduada contendo em cada caso, um determinado volume do liquido estudado. A análise foi feita introduzindo um tubo de ensaio com uma determinada quantidade de bolinhas de vidro no seu interior, contendo um volume fixo do líquido em questão, até que esse tubo atingisse o equilíbrio, e em seguida pôde-se aferir o volume final adquirido pelo líquido. De posse do volume final e do inicial é possível calcular o volume deslocado, para logo depois calcular o empuxo. Como o sistema (tubo de ensaio + bolinhas de vidro + liquido) está em equilíbrio é plausível afirmar que P=E, então a partir desta expressão matemática calcula-se a densidade do liquido em análise. Na segunda parte do experimento almejou-se identificar a presença de empuxo e determinar a densidade dos sólidos. Para isso, utilizou-se uma proveta contendo uma determinada quantidade de líquido: água ou óleo de soja. Dentro dessa proveta introduziu-se totalmente o objeto (cilindro) suspenso por um fio de nylon preso a um sensor de força. A força detectada pelo sensor representa o peso aparente do objeto que é menor do que o peso real. Isso demonstra o fato de existir sobre o objeto uma força vertical apontando para cima, ou seja, o empuxo, atenuando a força peso.
Introdução
Ao mergulharmos o corpo em um liquido sentimos que este corpo está “mais leve”, entretanto sua massa permanece constante e a atração gravitacional sobre ele é sempre a mesma.
Quem verifica esse fato pela primeira vez foi o físico grego Arquimedes, a história conta que em seu banho ao descobrir como solucionar o problema de peso da coroa saiu nu pelas ruas gritando “Eureca”. [1]
Figura 1: Relação Empuxo vs. Peso. 
No esquema montado na figura 1 temos um bloco ligado a uma linha, o empuxo é igual a diferença do peso menos a tração T;
E = P - T => T + E = mg, em um corpo livre na água verifica-se que o E = P – Pa (1), onde P é o peso do bloco e Pa o peso aparente.
Sabendo que E=mL*g é a força que age sobre o corpo no fluido, e mL é a massa do líquido deslocado então com mL = L *V temos:
E = L*V*g (2)
Sendo que L é a densidade do líquido e VL é o volume do líquido deslocado. Igualando (1) e (2) temos:
L*V*g=msg-msag
L*V=ms-msa (3)	
Uma vez que, ms é a massa do sólido e, mas é a massa aparente do sólido. Utilizando a expressão VL = ms/s , substituindo em (3) encontramos :
s = L*(ms/ms-msa) (4)
Onde a equação (4) representa a densidade do sólido.
A massa específica de um corpo é razão entre a sua massa e seu volume, relatada na equação (5) 
mV (5)
=é a densidade (massa específica), m é a massa e V é o volume.
Como exemplo se usarmos uma bola de bilhar e uma bola de plástico dependendo da densidade do líquido cada uma pode flutuar ou afundar, caso possuam densidades maior que a do líquido ou caso possuam densidade menor que o líquido respectivamente.
A densidade relativa entre o sólido e o líquido é dado pela equação (6) que é a razão entre a densidade do sólido e a densidade do líquido.
rel=sol/liq (6)
Figura 2: Volume do cilindro 
 . (7)
Objetivo da parte 1 da prática
Determinar a densidade de sólidos e de líquidos através de seus pesos e volumes;
Determinar a relação entre empuxo e peso.
Objetivo da parte 2 da prática 
Identificar a presença de empuxo;
Determinar a densidade dos sólidos. 
Materiais da parte 1 da prática
Bolinhas de vidro;
Tubo de ensaio; 
Óleo de soja;
Água;
Balança (± 0,01 g de incerteza);
Provetas graduadas.
Materiais da parte 2 da prática 
Água;
Óleo de soja;
Sólido;
Sensor de força; 
Proveta graduada;
Balança (± 0,01 g de incerteza).
Procedimento experimental da parte 1 da prática 
Foi preenchida uma proveta com óleo de soja até certo volume, após isso foi colocado um tubo de ensaio na superfície do líquido e introduzidas em seu interior bolinhas, até que o tubo se atinge o equilíbrio no óleo. Após o equilíbrio, as bolinhas e o tubo foram pesados. O procedimento foi repetido 3 vezes com óleo de soja e 3 vezes com água. 
Procedimento experimental da parte 2 da prática 
Foi medido a massa de um sólido (figura 2) e realizadas 3 medidas de suas dimensões calculando assim o desvio padrão do volume e da densidade. Após isso a temperatura inicial da sala foi obtida e uma proveta foi cheia com óleo de soja até atingir um volume de 230 ml. O sólido foi pendurado sobre um sensor de força e mergulhado no líquido lentamente, observando-se a leitura do dinamômetro. Foi repetindo o experimento 3 vezes para o óleo de soja e 3 vezes para a água com o mesmo sólido, posteriormente foi medido a temperatura final da sala. 
Resultados e Discussão
Nas tabelas 1, 2 e 3 são apresentados os valores medidos através da análise experimental. 
Tabela 1: Dados obtidos na parte 1 da prática 
	Dados
	Tentativa 1
	Tentativa 2
	Tentativa 3
	(Massa do tubo + bolinhas) h2o=mh2o
	(17,00±0,01)g
	(17,00±0,01)g
	(17,00±0,01)g
	Volume inicial da água = Vh2o i
	200 ml
	230 ml
	180 ml
	Volume final da água = Vh2o f
	216 ml
	246 ml
	196 ml
	Densidade da água = h2o
	(1,06±6%)g/cm3
	(1,06±6%)g/cm3
	(1,06±6%)g/cm3
	(massa do tubo + bolinhas)L=mL
	(18,00±0,01)g
	(18,00±0,01)g
	(18,00±0,01)g
	Volume inicial do líquido=VL i
	200 ml
	230 ml
	180 ml
	Volume final do líquido= VL f
	220 ml
	248 ml
	198 ml
	Densidade do líquido = L
	(0,9±2,2%) g/cm3
	(1 ±8,7%)g/cm3
	(1 ±8,7%)g/cm3
Tabela 2: Dados obtidos na parte 2 da prática 
	Calculo da densidade usando a relação = m / V
	Massa
	Volume do sólido
	Densidade
	(181,00 ± 0,01)g
	(14,93 ± 0,12)g
	(12,11 ± 0,10) g/cm³
	Temperatura da sala
	Temperatura inicial
	Temperatura final
	T%=(Tf – Ti/Ti )*100
	(24 ± 1)ºC
	(24 ± 1)ºC
	0ºC
Tabela 3: Determinação do empuxo usando líquidos diferentes 
	Dados
	Medida
	Peso do sólido
	Empuxo (N)
	Volume inicial
	Volume desalojado
	Densidade
	Densidade média
	Desvio padrão
	Densidade do sólido
	
	
	No ar
	Na água
	E=PS -Psa
	(cm³)
	(cm³)
	g/cm³
	g/cm³
	g/cm³
	g/cm³
	Líquido 1(água)
	1
	1,167 N
	1,005 N
	0,162
	230
	16
	1,033
	1,018±1,8%
	0,013
	11,79± 0,10
	
	2
	1,167 N
	1,008 N
	0,159
	230
	16
	1,014
	
	
	
	
	3
	1,167 N
	1,009 N
	0,158
	230
	16
	1,007
	
	
	
	Líquido 2 (óleo de soja )
	1
	1,167 N
	1,027 N
	0,140
	230
	14
	1,02
	0,93 ± 1,1%
	0,07
	8,36± 0,10
	
	2
	1,167 N
	1,027 N
	0,140
	230
	16
	0,89
	
	
	
	
	3
	1,167 N
	1,025 N
	0,142
	230
	16
	0,91
	
	
	
Diante dos dados coletados foi possível constatar que, existe uma diferença considerável entre as densidades dos líquidos nas análises da prática, juntamente com diferentes constatações das densidades dos sólidos. Com essa análise é notório observa que, a parte 2 da prática apresenta uma melhor constatação e menor grau de desvio relativo percentual, assim chegando mais aproximo do valor teórico para cada densidade dos líquidos utilizados no experimento, onde a densidade teórica do óleo de soja é 0,92 g/cm³ e a densidade teórica da água é 1g/cm³, mas durante verificação da densidade do sólido o valorque mais se aproximou do real foi o obtido no processo de apuração da densidade da água.
 
Conclusão
Nessa prática foi observada a relação entre empuxo e densidade de líquidos utilizando objetos sólidos a fim de constatar qual a melhor forma de encontrar densidades próximas aos seus valores teóricos.
Nesse experimento ocorreu uma divisão de métodos para identificar qual a melhor forma de obtenção da densidade dos líquidos analisados que no caso era o óleo de soja e a água. Na parte 1 foi obtido uma densidade para a água de 1,06 g/cm³ nas 3 tentativas com um percentual de erro de 6% em relação a densidade teórica da água, já na mesma parte 1 na primeira tentativa a densidade do óleo de soja obteve o valor de 0,9 g/cm³ com um percentual de erro de 2,2% em relação a densidade teórica do óleo de soja e nas duas tentativas posteriores foi obtido uma densidade de 1g/cm³ com erro percentual de 8,7%.
Na parte 2 do experimento foi encontrado o empuxo para as 3 tentativas tanto no óleo de soja como na água a fim de, obter a densidade média de cada líquido em questão. A média da densidade da água calculada no experimento foi de 1,018g/cm³ com um percentual de erro de 1,8% em relação ao valor teórico da água e a média da densidade do óleo de soja foi de 0,93g/cm³ com um percentual de erro de 1,1% em relação a densidade teórica do óleo de soja. Nessa mesma parte da prática foi constatado um valor de 12,11 ± 0,10g/cm³ para a densidade do sólido calculado pela equação (5) e diante da análise da equação (4) foi possível verificar densidades para o sólido de 11,79 ± 0,10g/cm³ na apuração da densidade da água e para a apuração da densidade do óleo foi constatado uma densidade do mesmo sólido com 8,36 ± 0,10g/cm³.
Assim, podemos concluir que a análise experimental da parte 2 da prática para a verificação da densidade do líquido é bem mais eficiente que a parte 1 uma vez que os erros obtidos são menores devido à medição de força feita pelo sensor e as diferenças entre a densidade do sólido calculado na agua e no óleo na parte 2 se deve à densidade dos mesmos, uma vez que, o óleo é menos denso e no decorrer das repetições do procedimento impregnava-se mais no sólido. O equipamento mais preciso garantiu a melhor constatação de dados aperfeiçoando consequentemente a análise dos dados, fato esse bem objetivado diante da obtenção de erros menores sobre os valores da densidade experimental dos líquidos em relação à densidade teórica.
Bibliografia
[1]http://www.infoescola.com/fisica/empuxo/ acesso 18/04/2015.