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Sorocaba, 2 de março de 2021 Faculdade de Engenharia de Sorocaba Engenharia Civil Energias e Fluidos 1 DENSIDADE DOS LIQUIDOS LIDIANE FERRAZ MACHADO; LUCAS SABOIA LEITE; JOÃO GABRIEL GARCIA; EMANUEL LOPES CARDOSO. 1. Introdução Ao mergulhar um objeto em um fluido, ele fica disposto a uma força para cima, a ser chamada de empuxo, o que significa que o peso do fluido é deslocado pelo objeto. Dada pela equação: 𝐸 = 𝑝𝑔𝑉. (1) Onde p é a densidade, g é a aceleração da gravidade, V é o volume do fluido deslocado pelo objeto. Dado o resultado, se nomeia de Princípio de Arquimedes. Conforme na figura abaixo (figura 1), há um objeto pendurado em um dinamômetro. Nessa situação a leitura do dinamômetro é P. Logo em seguida o pêndulo e imerso em um liquido e quando atinge o ponto de equilíbrio, a leitura do dinamômetro passa a ser P’, como se mostra a figura 1b. Nesta situação 𝑃’ = 𝑃 − 𝑝𝑔𝑉 (2) Medindo o peso aparente de P’ e o volume V submerso do objeto, pode-se assim medir a densidade do liquido. 2 Em resumo, o conceito de densidade dos líquidos tem seu fundamento diretamente relacionado com a relação entre a massa de um material e o seu volume em uma dada temperatura e pressão. 𝑑 = 𝑚/𝑉 (3) Em geral o conceito de densidade não se aplica apenas aos líquidos, pois todos os materiais independentes do seu estado físico apresentam uma densidade característica. Essa densidade geralmente pode ser encontrada em tabelas e livros de referência, de modo que cada material possui sua densidade característica, sendo então uma forma de caracterizá-los. 2. Objetivos Temos como objetivo a construção e análise dos gráficos lineares, tal como aplicar sua regressão linear e determinar a densidade dos três líquidos (A, B e C). 3. Detalhes do Experimento Para realização do experimento as quatro integrantes do grupo se basearam no vídeo disponibilizado pela universidade. No vídeo em questão mostra a realização do experimento, o qual se iniciou com a separação dos materiais necessários para a experimentação, sendo eles uma Balança semi-analítica (Diamond), três provetas (Phox, max 250ml) e três líquidos, que a princípio eram desconhecidos. 3 Tabela I – equipamentos do experimento. Equipamento Unidade de Medida Sensibilidade Precisão Valor Máximo Suportado Proveta Mililitro(ml) 1 2 250 Balança Semi-Analítica Gramas(g) 0,1 0,1 500 Dando continuidade à experimentação, ao colocar a primeira proveta na balança, foi-se acrescentando aos poucos o liquido 1, de modo que a cada quantidade, em volume, do liquido pudéssemos anotar tanto os valores referentes a massa quanto ao volume dele. Segue abaixo algumas imagens do experimento: Imagem 1 Imagem 2 Sendo assim, realizamos esse processo para os três líquidos, de modo que após realizar a anotação dos dados, que julgamos serem essenciais, tabelamos todos eles, demos continuidade ao experimento construindo um gráfico para cada um dos líquidos analisados, relacionando no eixo das abscissas o volume e no eixo das ordenadas a massa. Ao montar os gráficos utilizamos uma linha de tendencia linear, a qual se adaptou bem aos pontos experimentais, tendo em vista que obtivemos como retorno um coeficiente de determinação (r2) equivalente a valores bem próximos de 1. Também, é valido ressaltar que com o ajuste linear obtivemos equações de primeiro grau, as quais estão presentes nos gráficos referentes aos líquidos 1,2 e 3. Após realizarmos todos esses passos, realizamos o cálculo da densidade referente aos líquidos 1,2 e 3, em seguida comparamos os valores de densidade obtidos nesse experimento com aqueles apresentados na literatura, identificando a partir desta os líquidos utilizados. Por fim analisámos todos os dados e as fontes de erros que estávamos sujeitos, a fim de obtermos nossa conclusão experimental. 4 4. Resultados e Discussão Tabela II – densidade dos líquidos (vídeo) Tabela III- Densidade dos líquidos Tabela apresentada na literatura e a tabela apresentada no vídeo, as quais representam os líquidos e o valor correspondente a densidade deles. 5 Tabela VI- dados de volume e massa obtidos com o vídeo. Líquido A Líquido B Líquido C Volume (ml) Massa (g) Volume (ml) Massa (g) Volume (ml) Massa (g) 0 197,2 0 197,5 0 197,3 50 244,5 50 247,2 54 244,8 78 267,7 78 272,7 84 273,7 104 293,5 110 303,6 110 295,4 146 330,0 144 339,0 138 319,9 180 364,3 176 369,7 160 341,7 206 386,3 214 406,5 182 362,1 236 414,0 240 433,7 204 381,1 234 408,5 Gráfico I - relacionando o eixo das abscissas com o eixo das ordenadas. y = 0,9185x + 197,38 R² = 0,9998 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0 450,0 0 50 100 150 200 250 m a s s a ( g ) volume (ml) liquido 1 6 Gráfico II - relacionando o eixo das abscissas com o eixo das ordenadas. Gráfico III- relacionando o eixo das abscissas com o eixo das ordenadas. Analisando os gráficos, nota-se que o coeficiente angular está relacionado a massa inicial da proveta e o linear seria a densidade em si. Ao analisar os dados obtidos pelo vídeo, eles indicam que a densidade dos líquidos 1, 2 e 3 respectivamente são 0,92 𝑔 𝑐𝑚−3 , 0,98 𝑔 𝑐𝑚−3e 0,90 𝑔 𝑐𝑚−3. Portando comparando-as com as tabelas apresentadas no relatório, podemos concluir que os dois primeiros líquidos são água e o terceiro seria óleo. y = 0,9816x + 197,06 R² = 0,9999 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0 450,0 500,0 0 50 100 150 200 250 300 m a s s a ( g ) Volume (ml) liquido 2 y = 0,9043x + 196,68 R² = 0,9998 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 50 100 150 200 250 M a s s a ( g ) Volume (ml) liquido 3 7 Devido aos fatos de que no início do experimento a balança não foi tarada, ou seja, na hora de medir as massas dos líquidos a massa da proveta estava inclusa na medição, e pela a proveta graduada ser um instrumento de baixa precisão (2 ml), onde além da baixa precisão como nós medimos olhando a marcação no vidro isso pode ocasionar mais erros, por exemplo não existe certeza de que a tinta das linhas de marcações na proveta esteja exatamente igual. Portanto ao ver do grupo essas são fontes de erro que contribuem para que os resultados do experimento sejam afetados. 5. Conclusões Nesse trabalho abordamos o assunto densidade dos líquidos, o qual está diretamente relacionado a relação entre a massa de um material e o seu volume (𝑑 = 𝑚/𝑉) em uma dada temperatura e pressão. Sendo assim, através do experimento e da construção dos gráficos pudemos analisar a proporção entre a massa dos líquidos em relação ao seu volume, de modo a analisar também a sua densidade. Cumprimos todos os objetivos que nos tínhamos proposto, uma vez que ao analisar a regressão do gráfico levando em consideração as massas de um determinado líquido em relação a diferentes volumes desse mesmo liquido, pudemos observar nos experimentos o valor dos três líquidos resultou nas seguintes regressões: Levando em consideração que o valor de regressão (R²) quanto mais próximo de 1 for, mais linear é o gráfico,podemos afirmar que cumprimos com um dos objetivos do experimento e concluímos que os 3 líquidos formam gráficos lineares entre suas respectivas massas com seus volumes entre 0ml e 240ml, visto que ao realizar a execução da montagem dos gráficos ao adicionarmos sua linha de tendencia, obtivemos como equação da reta uma expressão matemática que nos remetia a uma função de primeiro grau (linear). Ademais, é valido ressaltar que ao realizarmos o procedimento experimental, obtemos a densidade dos líquidos equivalentes a 0,92 𝑔 𝑐𝑚−3 , 0,98 𝑔 𝑐𝑚−3e 0,90 𝑔 𝑐𝑚−3, as quais 8 correspondem aos líquidos 1,2 e 3. Dessa forma, ao realizarmos a comparação das densidades acreditamos que com base nos dados os dois primeiros correspondem a densidade da água e o terceiro corresponde a densidade do óleo. No entanto, visto que ao realizar o experimento ficamos propícios a diversos erros experimentais, como devido aos fatos de que no início do experimento a balança não foi tarada, ou seja, na hora de medir as massas dos líquidos a massa da proveta estava inclusa na medição, ainda relacionado ao erro é valido ressaltar que além da baixa precisão da proveta, como nós medimos olhando a marcação no vidro isso pode ocasionar mais erros, por exemplo não existe certeza de que a tinta das linhas de marcações na proveta esteja exatamente igual. Sendo assim, é valido considerar que esses erros podem ser os responsáveis pela não exatidão das medidas obtidas como resultado experimental. 6. Referências TEXTO OBTIDO VIA WEB Densidade. Disponível em: <https://educador.brasilescola.uol.com.br/estrategias-ensino/aula- densidade-qual-liquido-mais-denso.htm> Acesso em: 28/02/2021 Disponível em: <https://www.manualdaquimica.com/quimica- geral/densidade.htm#:~:text=A%20densidade%20%C3%A9%20a%20rela%C3%A7%C3%A3o, uma%20dada%20temperatura%20e%20press%C3%A3o.&text=Para%20l%C3%ADquidos%20 e%20s%C3%B3lidos%2C%20a,comum%20a%20unidade%20g%2FL.> Acesso em: 25/02/2021 Densidade de líquidos ,disponível em: <http://lilith.fisica.ufmg.br/~lab1/roteiros/Exp_1_Densidade_de_liquido.pdf> Acesso em:28/02/2021 Vídeo do experimento, disponível em: < https://www.youtube.com/watch?v=VoDsSOwiyj8&feature=youtu.be>, Acesso em: 25/02/2021 https://www.manualdaquimica.com/quimica-geral/densidade.htm#:~:text=A%20densidade%20%C3%A9%20a%20rela%C3%A7%C3%A3o,uma%20dada%20temperatura%20e%20press%C3%A3o.&text=Para%20l%C3%ADquidos%20e%20s%C3%B3lidos%2C%20a,comum%20a%20unidade%20g%2FL https://www.manualdaquimica.com/quimica-geral/densidade.htm#:~:text=A%20densidade%20%C3%A9%20a%20rela%C3%A7%C3%A3o,uma%20dada%20temperatura%20e%20press%C3%A3o.&text=Para%20l%C3%ADquidos%20e%20s%C3%B3lidos%2C%20a,comum%20a%20unidade%20g%2FL https://www.manualdaquimica.com/quimica-geral/densidade.htm#:~:text=A%20densidade%20%C3%A9%20a%20rela%C3%A7%C3%A3o,uma%20dada%20temperatura%20e%20press%C3%A3o.&text=Para%20l%C3%ADquidos%20e%20s%C3%B3lidos%2C%20a,comum%20a%20unidade%20g%2FL https://www.manualdaquimica.com/quimica-geral/densidade.htm#:~:text=A%20densidade%20%C3%A9%20a%20rela%C3%A7%C3%A3o,uma%20dada%20temperatura%20e%20press%C3%A3o.&text=Para%20l%C3%ADquidos%20e%20s%C3%B3lidos%2C%20a,comum%20a%20unidade%20g%2FL https://www.youtube.com/watch?v=VoDsSOwiyj8&feature=youtu.be 9