Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES - EMPUXO Introdução A hidrostática estuda as características intrínsecas aos fluídos, como suas propriedades. Uma dessas propriedades é a densidade do fluído em condições estáticas de equilíbrio. Um dos mais importantes estudos da hidrostática é o do princípio de Arquimedes que estabelece que um corpo sólido submerso em um determinado fluído ficará sujeito a ação de uma força vertical, para cima, denominada de empuxo e cuja intensidade é igual ao peso do fluído deslocado pelo corpo. O princípio de Arquimedes possui aplicações em diversas áreas da engenharia, como por exemplo no projeto de embarcações e aeronaves, medição de densidade de líquidos, e projetos de medidores de vazão. A observação mais aprofundada do fenômeno permitiu a Arquimedes definir o empuxo como a força que os líquidos exercem nos sólidos neles submersos. O princípio de Arquimedes pode ser assim descrito: “Todo sólido imerso parcial ou totalmente em um líquido está sujeito a uma força vertical, de baixo para cima, denominada empuxo, correspondente ao peso do volume do líquido deslocado por este sólido.” Matematicamente, o princípio de Arquimedes resulta na seguinte equação que descreve a força de empuxo: 𝑬 = 𝝆 . 𝑽 . 𝒈 Onde: E é o empuxo é a densidade do fluido; V é o volume de fluido deslocado; g é a aceleração da gravidade Utilizando como base o princípio de Arquimedes pode-se estabelecer o conceito de peso aparente. Peso aparente é o apresentado pelo corpo quando imerso em um fluído e pode ser expresso matematicamente como: 𝑷𝑨 = 𝑷𝒓 − 𝑬 Onde: PA é o peso aparente do corpo sólido Pr é peso real apresentado pelo corpo sólido quando não está imerso no líquido; E é o empuxo; Neste experimento você irá utilizar um corpo cilíndrico sólido com volume definido e irá submergi- lo em um recipiente contendo água. Utilizando um dinamômetro você irá medir a força peso aparente do cilindro quando submerso e compará-la com o valor obtido antes da submersão. Desta forma será possível identificar o efeito do empuxo sobre o cilindro. No final, você irá medir o volume deslocado pelo cilindro e relacioná-lo com a força de empuxo. Objetivo Este experimento explora o princípio de Arquimedes. Iremos observar o efeito da força de empuxo que atua quando um corpo é submerso em um fluido em equilíbrio. Material Utilizado Simulador do grupo ALGETEC - Bancadas Didáticas – acesse no link na rota da aula 12 Princípio de Arquimedes - Empuxo Disciplina: Física Termodinâmica e Ondas Professor: Cristiano Cancela da Cruz Curso: Engenharia (Produção, Computação e Elétrica) Unidade: Garcez Roteiro Experimental 1 –Para retirar o cilindro maciço do dinamômetro, clique com o botão direito do mouse sobre o cilindro do dinamômetro e selecione a opção “Colocar na mesa” para que o cilindro maciço seja posto na bancada. Observe que o peso está sobre a bancada. 2 – Para calibrar o dinamômetro, clique com o botão direito do mouse sobre o dinamômetro e selecione a opção “Calibrar dinamômetro” para que o dinamômetro seja calibrado. Observe o dinamômetro sendo calibrado! Clique com o botão esquerdo do mouse na seleção de câmera “Dinamômetro” para verificar a calibração do dinamômetro. Observe que o dinamômetro está na posição zero! Clique com o botão esquerdo do mouse na opção de câmera “Bancada” para retornar a cena inicial do experimento. 3 – Para posicionar cilindro maciço no dinamômetro, clique com o botão direito do mouse no cilindro maciço sobre a bancada e selecione a opção “Colocar embaixo do recipiente” para que o cilindro se posicione no dinamômetro. Observe que o cilindro maciço se associou ao cilindro oco. 4 - Medindo peso do cilindro maciço Clique com o botão esquerdo do mouse na opção de câmera “Dinamômetro” para que consiga visualizar a escala de medida do mesmo. Observe na escala o valor referente ao peso do dinamômetro. Anote esse valor! 5 – Para levantar o dinamômetro, clique com o botão esquerdo do mouse na opção de câmera “Bancada” para retornar a tela inicial do experimento. Em seguida clique com o botão direito do mouse sobre o dinamômetro e selecione a opção “Levantar dinamômetro” para que o dinamômetro fique em uma altura suficiente para o béquer ser posicionado. Observe que o dinamômetro levantou! 6 – Para posicionar o copo de béquer, clique com o botão direito do mouse no béquer e selecione a opção “Colocar embaixo do dinamômetro” para que o béquer seja posicionado. Observe que o béquer foi posicionado embaixo do dinamômetro 7 – Para posicionar cilindro no béquer, clique com o botão direito do mouse sobre o dinamômetro e selecione a opção “Descer dinamômetro” para que o dinamômetro retorne a sua posição inicial. Observe que o cilindro maciço entrou no béquer! Clique com o botão esquerdo do mouse na opção de câmera “Dinamômetro” e observe na escala sua escala de medida. Observe o valor dado na escala de medida! Em seguida, clique com o botão esquerdo do mouse na opção de câmera “Bancada” para que volte a tela inicial do experimento. 8 – Para colocar água no cilindro oco clique com o botão direito do mouse sobre a pisseta e selecione a opção “Encher cilindro” para inserir água no cilindro oco. Observe que a pisseta se posiciona próxima ao cilindro oco! Em seguida, clique com o botão esquerdo do mouse sobre a pisseta até que todo o volume do cilindro oco seja preenchido com água. Observe que o valor retorna ao mesmo em que marcava antes do cilindro maciço ser inserido na água! Em seguida, clique com o botão direito do mouse sobre a pisseta e selecione a opção “Colocar na mesa”. Observe que a pisseta retorna para a mesa! 9 – Para desmontar o experimento, clique com o botão direito sobre o dinamômetro e selecione a opção “Levantar dinamômetro” para que o dinamômetro se desassocie do béquer. Clique com o botão direito do mouse no béquer e selecione a opção “Posicionar na mesa” para que o béquer volte para sua posição inicial. E então selecione a opção de câmera “Bancada”! Clique com o botão direito do mouse sobre o dinamômetro e selecione a opção “Descer dinamômetro” para que o dinamômetro retorne a sua posição inicial. E em seguida clique com o botão direito do mouse no cilindro maciço e selecione a opção “Colocar na mesa” para que o cilindro seja posicionado na bancada. Observe que o cilindro maciço se posiciona sobre a mesa! Então, selecione a opção de câmera “Dinamômetro” e em seguida clique com o botão direito do mouse sobre cilindro oco e selecione a opção “Esvaziar recipiente” para que a água contida no cilindro seja retirada. Observe que o cilindro oco é esvaziado e a escala do dinamômetro retorna para o valor zero! Análise dos Resultados e Conclusões 1 - Justifique a aparente diminuição ocorrida no peso do conjunto (cilindro maciço + recipiente transparente) ao colocar o cilindro maciço na água. 2 - Por que o valor do peso marcado pelo dinamômetro, após colocar água no cilindro oco, retorna exatamente ao valor do cilindro maciço quando não estava imerso na água? 3 - 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. 4 - Determine o módulo da força que provocou a aparente diminuição sofrida pelo peso do corpo, denominada empuxo E. E = PCFL- PACDL E = _______ N Onde: PACDL = Peso aparente do corpo dentro do líquido PCFL = Peso aparente do corpo fora do líquido 5 - Justifique o motivo pelo qual usamos a expressão “aparente diminuição sofrida pelo peso do corpo” e não “diminuição do peso do corpo”.
Compartilhar