Aula 3 - principio de arquimedes PHET v1

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PUC Minas 
Departamento de Física e Química – ICEI 
Laboratório de Física Geral II 
 
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PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES 
1. INTRODUÇÃO 
 
Um objeto, ao ser mergulhado em um fluido qualquer, fica sujeito a uma força de 
baixo para cima devida à diferença entre as pressões nas partes superior e inferior 
desse objeto. Essa força é chamada empuxo. O princípio de Arquimedes pode ser 
descrito como se segue: 
 
“A força de empuxo atuando sobre um objeto submerso ou 
flutuando é igual ao peso do fluido deslocado.” 
 
Ou seja, o módulo da força de empuxo, 𝐹𝑒, é definido por 
 
𝐹𝑒 = 𝑚𝑑𝑒𝑠𝑔, (1) 
 
onde 𝑔 = 9,80 𝑚/𝑠² é a aceleração da gravidade e 𝑚𝑑𝑒𝑠 é a massa de fluido deslocado. 
Porém, essa definição normalmente é reescrita de uma forma um pouco mais 
conveniente, como se segue: sendo 𝜌𝑓 a densidade do fluido e 𝑉𝑑𝑒𝑠 o volume deslocado 
de fluido (igual ao volume submerso do objeto), então podemos escrever a massa de 
fluido deslocado como 
 
𝑚𝑑𝑒𝑠 = 𝜌𝑓𝑉𝑑𝑒𝑠 (2) 
 
Substituindo a expressão (2) em (1) obtemos: 
 
𝐹𝑒 = 𝜌𝑓𝑔𝑉𝑑𝑒𝑠. (3) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. ATIVIDADE EXPERIMENTAL: 
 
Objetivo: Verificar o princípio de Arquimedes; compreender o comportamento da força de 
empuxo. 
Link para a simulação: https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/buoyancy 
 
Observação: será necessário permitir a execução do aplicativo em flash no seu 
navegador. Veja como realizar essa permissão no tutorial abaixo: 
https://youtu.be/5mxaBAGpDXs 
 
 
 
A tela inicial da simulação com seus recursos é apresentada na figura 1. 
 
Figura 1: tela inicial da simulação. 
 
PROCEDIMENTO 1: 
 
Para os procedimentos a seguir, use o bloco de madeira. 
 
1) Meça o peso do bloco de madeira na balança: 
 
𝑃𝑚𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑎 = _______________𝑁 
2) Tendo em vista o nível inicial da piscina com água, mergulhe o bloco completamente e 
anote o valor de seu volume: 
 
𝑉𝑚𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑎 = _______________𝐿 
 
𝑉𝑚𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑎 = _______________𝑚³ 
 
3) Solte o bloco na água, deixando-o flutuar. Anote o valor de seu volume submerso: 
𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜 = _______________𝐿 
𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜 = _______________𝑚³ 
https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/buoyancy
https://youtu.be/5mxaBAGpDXs
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4) Observe que o bloco está flutuando, ou seja, está em equilíbrio. Além da força 
gravitacional, existe uma outra força atuando sobre ele verticalmente para cima, 
chamada força de empuxo. Aplicando a segunda lei de Newton sobre o bloco, calcule o 
valor da força de empuxo: 
𝐹𝑒𝑚𝑝𝑢𝑥𝑜 = _______________𝑁 
 
5) Calcule o volume deslocado de água pelo bloco: 
𝑉𝑑𝑒𝑠 = _______________𝐿 
𝑉𝑑𝑒𝑠 = _______________𝑚³ 
 
6) Considerando que a água possui densidade 𝜌á𝑔𝑢𝑎 = 1000 𝑘𝑔/𝑚³, calcule a massa de 
água deslocada pelo bloco, assim como seu peso: 
𝑀𝑑𝑒𝑠 = _______________𝑘𝑔 
𝑃𝑑𝑒𝑠 = _______________𝑁 
7) Tendo em vista os resultados dos itens (4) e (6), o que você pode concluir? 
 
PROCEDIMENTO 2: 
 
Para os procedimentos a seguir, use o bloco de madeira. 
 
1) Calcule a densidade do bloco de madeira: 
𝜌𝑚𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑎 = ________________
𝑘𝑔
𝑚³
⁄ 
2) Calcule a razão entre a densidade da madeira e da água: 
𝜌𝑚𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑎
𝜌á𝑔𝑢𝑎
= ________________ 
3) Calcule a fração do volume do bloco submerso na água: 
𝑉𝑚𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑎
𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜
= ________________ 
4) O que é possível concluir a respeito dos resultados obtidos nos itens (2) e (3)? Aplique a 
segunda lei de Newton sobre o bloco, usando a definição da força de empuxo (Eq. 3), e 
demonstre que, para um bloco flutuando, a fração submersa depende apenas da razão 
entre a densidade do bloco e do fluido: 
 
𝑉𝑏𝑙𝑜𝑐𝑜
𝑉𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜
=
𝜌𝑏𝑙𝑜𝑐𝑜
𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜
 (4) 
Ou seja, a fração submersa de um bloco é independente de seu formato ou de seu peso. 
 
5) Selecione o fluido como óleo e mantenha o bloco flutuando. Com base no resultado 
obtido no item (4), calcule a densidade do óleo: 
𝜌ó𝑙𝑒𝑜 = _______________
𝑘𝑔
𝑚³
⁄ 
6) Considere o bloco flutuando inicialmente na água. A força de empuxo muda de valor 
quando ele passa a flutuar no óleo? O que muda quando o bloco passa a flutuar no óleo? 
 
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PROCEDIMENTO 3: 
 
Para os procedimentos a seguir, use o bloco de concreto. 
 
1) Meça o peso do bloco de concreto: 
𝑃𝑐𝑜𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜 = _______________𝑁 
 
2) Selecione o fluido como óleo. Solte o bloco sobre a balança imersa no óleo. Anote o 
valor do peso aparente indicado na balança: 
𝑃𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = _______________𝑁 
3) Por que a leitura das duas balanças (de fora e dentro do líquido) são diferentes? 
4) Com base no volume deslocado de óleo, calcule a força de empuxo atuando sobre o 
bloco de concreto: 
𝐹𝑒𝑚𝑝𝑢𝑥𝑜 = _______________𝑁 
5) Desenhe o diagrama de forças atuando sobre o bloco. Aplique a segunda lei de Newton 
sobre o bloco e calcule a força normal atuando sobre o mesmo. Comente a respeito dos 
resultados obtidos da força normal, peso aparente e força de empuxo. 
 
 
BIBLIOGRAFIA: 
 
[1] SERWAY, Raymond A; JEWETT, John W. Princípios de Física: volume 1: mecânica 
clássica. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2005.