Relatório de Hidrostática - Princípio de Arquimedes

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ 
FÍSICA TEÓRICA E EXPERIMENTAL II 
 
 
 
 
RAFAEL PEGADO DA SILVA RA: 201703127889 
 
 
 
HIDROSTÁTICA - EMPUXO 
REALIZADO 24/05/2020 
 
 
 
 
 
 
 
Elaboração de relatório apresentado à 
Disciplina de Física Teórica Experimental 
II, como pré-requisito para nota parcial do 
Semestre vigente, ministrado pelo prof. 
Max Antônio Ramos Lucas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Introdução 
 
 O princípio de Arquimedes diz que um corpo completamente ou parcialmente imerso em 
fluido receberá a ação de uma força na direção vertical (sentido contrário da força peso) igual à 
força peso do fluido deslocado. 
 De acordo com este princípio, o módulo da força de empuxo é dado por: 
 
 Fe = mf g 
 
 Onde mf g é a massa do fluido deslocado pelo corpo. 
Para demonstrar a ação de tal força e demonstrar que ela pode ser calculada tanto teoricamente 
quanto na prática, foram realizados alguns experimentos, os resultados foram mostrados e 
analisados nesse relatório. 
 
 
2. Objetivos 
 
 Este experimento explora o princípio de Arquimedes. Será observado o efeito da força de 
empuxo que atua quando um corpo é submerso em um fluido em equilíbrio. 
 Verificar a presença do empuxo em função da aparente diminuição da força peso de um 
corpo submerso num líquido; 
 Verificar, experimentalmente a dependência do empuxo em função do volume do líquido 
deslocado e da densidade do líquido. 
 
3. Materiais e métodos 
 
Equipamentos e Materiais (Figura 1): 
 
Dinamômetro: Composto por uma escala, um cilindro oco e um cilindro maciço é utilizado para 
se determinar a força de empuxo atuante no cilindro maciço imerso em água destilada. 
 
 
Béquer: Contém água destilada, onde o cilindro do dinamômetro será submerso. 
 
 
Base de ensaio: Base onde o dinamômetro é pendurado para que o cilindro seja imerso no 
béquer com água destilada. 
 
 
Pisseta: Contém água destilada que será inserida no cilindro oco. 
 
 
Cilindros: Os cilindros possuem volume próximos. O cilindro maciço será utilizado como peso 
e será submerso na água contida no béquer, já o cilindro oco será utilizado para inserir a água 
contida na pisseta. 
 
 
Água: em temperatura ambiente. 
 
 
 
 Figura 1 
 
Experimento: 
 
Passo 1 – Retirar o cilindro maciço do dinamômetro (Figura 2): 
 
 Figura 2 
 
Passo 2 - Fazer a calibragem do dinamômetro (ajuste do zero) na posição em que o 
dinamômetro seria utilizado (vertical, horizontal ou inclinado). Neste experimento ele foi 
usado na posição vertical (Figura 3): 
 
 Figura 3 
 
Passo 3 - Posicionar cilindro maciço no dinamômetro (Figura 4): 
 
 Figura 4 
 
 
Passo 4 - Medir peso do cilindro maciço (Figura 5): 
 
 Figura 5 
 
 
Passo 5 - Levantar dinamômetro e posicionar o béquer (Figura 6): 
 
 Figura 6 
Passo 6 - Posicionar cilindro no béquer (Figura 7): 
 
 
 Figura 7 
 
 
Passo 6 - Colocando água no cilindro oco com a pisseta (Figura 8): 
 
 Figura 8 
 
 
 Observe que o valor retorna ao mesmo em que marcava antes do cilindro maciço ser 
inserido na água. (Figura 9). 
 
 Figura 9 
 
 
 Justifique a aparente diminuição ocorrida no peso do conjunto (cilindro maciço + 
recipiente transparente) ao colocar o cilindro maciço na água. 
 
 O peso do corpo fora do líquido é igual à 0,8N (Figura 5), e o peso aparente do corpo 
dentro do líquido é igual à 0,22N (Figura 7). Isso se deve à força de empuxo provocada pelo 
fluido, pois ela tem mesma direção, e força gravitacional no sentido contrário, por isso resulta 
em uma força para baixo menor que o corpo fora do líquido. 
 
 
 Por que o peso marcado pelo dinamômetro retorna exatamente ao valor do cilindro 
maciço quando não estava imerso na água? 
 Todo corpo imerso em um fluido sofre ação de uma força (empuxo) verticalmente para 
cima, cuja intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo. 
 Sendo Vf o volume do fluido deslocado, então a massa do fluido deslocado é: 
 Mf = df. Vf 
 Porque o volume do fluido colocado dentro do cilindro oco tem a mesma densidade e 
 volume da agua deslocada no béquer quando o cilindro maciço foi submergido. 
 
 
 
 Se o volume do cilindro oco fosse consideravelmente maior que o do cilindro maciço 
o comportamento do dinamômetro seria igual ao da questão anterior? Explique. 
 
Não, porque o volume e o fluido colocado dentro do cilindro oco não terão o mesmo 
volume e massa em consequência o peso do cilindro será maior do que o do cilindro maciço. No 
dinamômetro daria um valor maior. 
 
 
 
 Determine o módulo da força que provocou a aparente diminuição sofrida pelo peso 
do corpo, denominada empuxo E. 
A força de empuxo que provocou a aparente diminuição do peso do corpo , pode ser 
calculada usando a seguinte formula: 
 E = Preal – Paparente 
Onde E é a força de empuxo, Preal é o peso do objeto e Paparente é o peso 
aparente do objeto dentro do líquido. Então: 
E=0,80N - 0,22N 
E= 0,58N 
Então concluiu-se que a força de empuxo E é igual a 0,58N 
 
 
 
 Justifique o motivo pelo qual usamos a expressão “aparente diminuição sofrida pelo 
peso do corpo” e não “diminuição do peso do corpo”. 
 
Pois o peso do corpo permanece o mesmo, o que diminui é a força resultante que atua 
sobre ele, pois há uma nova força em sentido contrário agindo. E isso faz com que o corpo 
pareça mais “leve” 
 
 
 
4. Resultados e discussões 
 
 Seja Vf o volume de fluido deslocado pelo corpo. Então a massa do fluido deslocado é 
dada por: 
 m f =Pf V f 
 
 A intensidade do empuxo é igual à do peso dessa massa deslocada: 
 
 E=m f g=ρ f V f g 
 
 Para corpos totalmente imersos, o volume de fluido deslocado é igual ao próprio volume 
do corpo. Neste caso, a intensidade do peso do corpo e do empuxo são dadas por: 
 
 P=ρcVc g e E=ρ f V c g 
 
 No caso do volume Vf , estar preenchido por outro corpo com densidade “pc” diferente 
daquela do liquido “pf “ o empuxo não será alterado. Isto porque o será sempre o peso do fluido 
de densidade “pf” deslocado pelo corpo de densidade “pc” que foi introduzido no seu interior. 
 
 
5. Conclusões 
 
 Conclui-se que: 
 a) se ρf < ρc , tem-se E < P : neste caso, o corpo afundará no líquido. 
 b) se ρf = ρc , tem-se E = P : neste caso, o corpo ficará em equilíbrio quando estiver totalmente 
mergulhado no líquido. 
 c) se ρf > ρc , tem-se E > P e, neste caso, o corpo permanecerá boiando na superfície do líquido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Referências bibliográficas 
 
1. https://www.virtuaslab.net/ualabs/ualab/15/5ecaa1bd85334.html 
 
2. Robert Resnick, David Halliday & Kenneth S. Krane: Física II, 5a. edição. Editora LTC. 
 
3. http://www.ufjf.br/fisica/files/2010/03/Lab2Aula3-2016 
 
 
 
 
7. Foto da realização da prática 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 QUESTIONÁRIO AVALIATIVO (selecionar a alternativa correta) 
 
1) Define-se empuxo como: 
a) A força exercida por um fluido sobre um objeto nele submerso total ou parcialmente; 
b) A força exercida pela gravidade em um corpo em repouso. 
c) A força exercida por um sólido sobre um liquido. 
 
 
 
2) Um corpo maciço imerso em um fluido afundará se: 
a) Sua densidade for menor que a do fluido; 
b) Sua densidade for maior que a do fluido; 
c) Sua densidade for igual a do fluido; 
 
 
 
3) Analisando o conceito de empuxo, podemos afirmar que: 
a) O empuxo é diretamente proporcional à densidade do fluido; 
b) O empuxo independe da aceleração da gravidade; 
c) O empuxo depende da densidade do sólido submerso. 
 
 
 
4) Qual das unidades descritas abaixo é indicada para a medição do empuxo? 
a) Kg; 
b) Mol; 
c) N. 
 
 
5) Qual o conceito de peso aparente? 
 a) Peso aparente é a diferença entre o peso real de um sólido e o empuxo sofrido pelo mesmo 
quando submerso. 
 b) Peso aparente é a soma do peso e do empuxo 
 c) Peso aparente é o produto do peso e do empuxo;6) Na equação de empuxo (E = dL . VDES . g), qual o significado de dL? 
a) Densidade do líquido; 
b) Volume do fluido no béquer; 
c) Densidade do cilindro maciço. 
 
7) Qual a finalidade de inserir água no cilindro oco quando o cilindro maciço está imerso 
no béquer? 
a) Fazer o cilindro boiar na superfície do fluído; 
b) Aumentar a densidade do cilindro maciço; 
c) Anular a ação da força de empuxo sobre o cilindro maciço. 
 
 
 
8) Por que é importante calibrar o dinamômetro? 
a) Para que o cilindro flutue na água; 
b) Para que o cilindro afunde mais na água; 
c) Para ter o valor exato da medida do peso. 
 
 
 
9) Qual das opções abaixo exprime o conceito de “Peso aparente”? 
a) O peso do líquido em que um corpo é imerso; 
b) A medida do peso do corpo quando imerso no fluido; 
c) A composição química do corpo maciço que será imerso no fluido. 
 
 
 
10) Se a densidade do fluido for maior que a do cilindro, o mesmo tende a: 
a) Afundar mais no fluido; 
b) Flutuar na superfície do fluido; 
c) Entrar em equilíbrio com o fluido;