Experimento de stevin

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE CATÓLIDA DO SALVADOR – UCSAL 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS 
BACHARELADO EM ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
FÍSICA EXPERIMENTAL II 
NOTURNO 
 
 
LORENA SACRAMENTO QUEIROZ 
 
 
 
LEI DE STEVIN 
EXPERIMENTO “BEBEDOURO DE PASSARINHO” 
 
 
 
 
 
 
 
SALVADOR 
2021 
INTRODUÇÃO 
Este relato tem como objetivo apresentar ao leitor informações necessárias 
para o entendimento do procedimento experimental e para a comprovação da Lei de 
Stevin. Por conta do contexto atual de pandemia o experimento foi elaborado em casa 
e estudado a partir dos cálculos necessários para a comprovação, com o auxílio do 
vídeo “Tema 02 – Hidrostática | Experimentos – Bebedouro de passarinho” produzido 
e disponibilizado no Youtube pelo canal Física Universitária, foi possível produzir um 
mecanismo que atendesse as expectativas. 
Segundo Maria Gomes (MECÂNICA DOS FLUÍDOS, 2012, p.1) um fluído 
pode ser definido como “...Uma substância que se deforma continuamente, isto é, 
escoa, sob ação de uma força tangencial por menor que ele seja.” Desse modo é 
possível estudar a Estática dos Fluídos que se conceitua em: 
Considera-se um fluido em repouso quando não há velocidade 
diferente de zero em nenhum dos seus pontos e, neste caso, esta condição 
de repouso é conhecida por Hidrostática. Os princípios da Hidrostática ou 
Estática dos Fluidos envolvem o estudo dos fluidos em repouso e das forças 
sobre objetos submersos. 
 (GOMES, 2012, p. 13.) 
A partir da aplicação da Equação Fundamental da Hidrostática é possível 
estudar os Vasos Comunicantes que segundo Maria Gomes (MECÂNICA DOS 
FLUÍDOS, 2012, p. 15) “A altura de um líquido incompressível em equilíbrio estático 
preenchendo diversos vasos comunicantes independe da forma dos mesmos.”. Ou 
seja, os vasos comunicantes são formados quando um fluído é exposto a diversos 
tubos, onde só se tem uma via de transição e após o preenchimento destes tubos o 
nível do líquido se estabelece em todos eles de forma igualitária. 
A Lei de Stevin diz que a pressão entre dois pontos em um mesmo líquido é 
a pressão hidrostática exercida pela coluna entre esses dois líquidos, e a equação é 
denominada de Equação Fundamental da Hidrostática: P = Patm + ρ g h, onde a 
pressão na base de cada líquido (P) é igual a pressão atmosférica (Patm) somada ao 
produto da densidade (𝜌), com gravidade (g) e a altura (h). 
O equacionamento matemático se dá através da Equação 
Fundamental da Hidrostática -Lei de Stevin. Este equacionamento consiste 
no equilíbrio das forças sobre um elemento de volume infinitesimal em forma 
cúbica, definido no plano cartesiano de coordenadas obtendo-se a 
distribuição das forças de pressão e as forças de ação a distância agindo 
sobre o elemento. Como o elemento está em repouso, o somatório das forças 
de pressão e das forças de ação a distância é igual a zero (ROMA, 2003) 
 (GOMES, 2012GOM, p. 13) 
Os materiais utilizados no vídeo foram uma jarra de água com corante, uma 
bandeja funda de plástico, uma garrafa pet vazia com um corte feito por estilete 
próximo a base e uma fita adesiva. Para a montagem a garrafa foi cortada 
cuidadosamente e após o corte foi aberto uma fenda próxima a base, logo em seguida 
a fita adesiva foi colada na borda inferior do corte com o objetivo de elevar a altura da 
base do corte, após isso a água foi introduzida a garrafa pela fenda e com a tampa 
fechada. 
Após a introdução da água na garrafa ela foi posta na posição vertical e ainda 
assim a água não escorreu pela fenda, e isso se deu por consequência da alteração 
da pressão, ocasionando um equilíbrio da pressão atmosférica com a pressão 
hidrostática, somada a pressão do ar dentro da garrafa. No entanto, quando a garrafa 
foi aberta possibilitando a entrada do ar, a pressão hidrostática empurrou a água para 
fora da garrafa deixando-a acumulada apenas na base. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. ANALISES E RESULTADOS 
1.1. MATERIAIS E PREPARAÇÃO 
Os materiais utilizados foi uma garrafa pet de 1L, uma tesoura, um 
escalimetro, um corante, uma fita adesiva, e um recipiente com água tingida de 
vermelho. Para preparar a abertura na garrafa é necessário muita atenção e cuidado 
para que o corte não saia torto e não fique pequeno demais e nem grande demais, 
qualquer erro nesse momento pode fazer com que seu experimento seja totalmente 
perdido. Utilizei uma tesoura para fazer o corte horizontal na região inferior da garrafa. 
Figura 1 Imagem para ilustrar os materiais utilizados 
 
Após o corte ter sido feito é preciso dobrar a parte superior do corte para dentro, 
abrindo assim uma fenda, logo em seguida colar a fita no limite do corte inferior de 
forma que seja elevado um pouco mais. 
 
Figura 2 Demonstração do corte 
 
 
Com os preparativos finalizados pode-se então partir para a execução do 
experimento. 
 
1.2. PROCEDIMENTOS E RESULTADOS. 
Os procedimentos foram divididos em etapas: a primeira consiste em analisar 
a pressão do ar no interior da garrafa; a segunda em explicar o por quê após a abertura 
da tampa o liquido escoa para fora do recipiente e a terceira em explicar por quê o 
fluído escorreu e retornou a um nível de equilíbrio. 
a) 1º ETAPA: PRESSÃO INTERIOR 
É possível perceber que mesmo com um escape aberto no inferior da 
garrafa o líquido permanece no recipiente e que uma parte da garrafa está 
preenchida apenas por ar. 
Segundo a Lei de Stevin é possível obter o valor da pressão atmosférica 
(pressão do ar) através da fórmula P = Patm + pgh, onde é relacionado a 
pressão exterior da garrafa ou ambiente (P), igualada a pressão atmosférica 
(Patm) no interior do recipiente, somada ao produto da densidade do fluído (p) 
com a gravidade (g) e a altura da coluna desse fluído (h) 
Figura 3 A água dentro da garrafa com a fenda aberta. 
 
 
O valor medido para a coluna do fluído foi de 12,5cm, adotando a 
pressão atmosférica exterior em pascal (Pa) como 1,01325 𝑥 105 Pa, densidade 
da água como 1 𝑥 103, a gravidade como 9,81 m/s2 e aplicando o valor medido 
para a coluna como a altura (h). É possível então medir a pressão atmosférica 
(Patm) interior. 
 
𝑷 = 𝑷𝒂𝒕𝒎 + 𝒑𝒈𝒉 ► 1,01325 x 10
5 = Patm + (1 𝑥 10
3)(9,81)(0,125) 
 𝑃𝑎𝑡𝑚 = 1226,25 + 101325 ► 𝟏, 𝟎𝟎𝟎𝟗𝟖𝟕𝟓 𝒙 𝟏𝟎
𝟓𝑷𝒂 
 
▪ Para fazer o cálculo foi necessário converter a altura medida de centímetros 
para metro. 
Com esses cálculos podemos concluir que a pressão no interior da 
garrafa é menor que a pressão do exterior da garrafa. 
b) 2º ETAPA: PRESSÃO INTERIOR E EXTERIOR 
Na etapa anterior pode ser observado através de cálculos e teorias que, 
enquanto a tampa se mantinha fechada a pressão interior ainda era menor que 
a exterior, fazendo com que o líquido permanecesse dentro da garrafa. 
Contudo, no momento em que a tampa foi aberta a pressão interior se igualou 
a pressão exterior e isso ocorreu em consequência do ar que entrou quando a 
passagem foi aberta. 
Figura 4 Momento em que a água escorre 
 
c) 3º ETAPA: MOMENTO DE EQUILÍBRIO 
 Após o escoamento a água se acumulou na parte inferior da garrafa, 
como o esperado. Isso ocorreu em razão equilíbrio entre as pressões, o fluído 
permaneceu acumulado no fundo do recipiente por conta da barreira que o 
adesivo formou, se não houvesse a fita adesiva a coluna do fluído teria sido 
reduzida ate o limite inferior da fenda. 
Figura 5 Momento em que a água acumulou no fundo da garrafa após a abertura da tampa 
 
 
2. PESQUISA 
Para a montagem do experimento foi utilizado um sistema de vasos 
comunicantes e uma garrafa de água com corante. O experimento é iniciado com o 
despejo do líquido verde nos tubos e depois temos uma explicação do que se 
denomina vasos comunicantes. 
Figura 6 Montagem do Experimento 
 
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=rKirIsdgCuE 
 
Como os tubos estão interligados o líquido tende a se estabilizar em um mesmo 
nível e fluir por todos eles epor essa razão são chamados de vasos comunicantes, 
logo em seguida o sistema é inclinado em algumas direções, sendo assim possível 
notar que independentemente da posição dos tubos, o líquido permanece na 
horizontal. Este efeito é chamado de paradoxo hidrostático 
 
https://www.youtube.com/watch?v=rKirIsdgCuE
Figura 7 Demonstração do Paradoxo Hidrostático 
 
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=rKirIsdgCuE 
 
Para finalizar foi dado uma forma de aplicação. Sendo muito utilizado por 
pedreiros para nivelamentos de superfícies. 
Figura 8 Finalização do Vídeo 
 
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=rKirIsdgCuE 
https://www.youtube.com/watch?v=rKirIsdgCuE
https://www.youtube.com/watch?v=rKirIsdgCuE
 Este experimento contribui de forma excepcional para o entendimento do 
paradoxo hidrostático, o vídeo abordou a problemática de forma didática e assim 
garantindo a compreensão. 
Alguns pontos fortes que eu encontrei foi a boa resolução do áudio e vídeo, o 
experimento simples, mas muito bem explicado, e o tema foi muito bem abordado de 
forma que contribuísse para o entendimento deste, acredito não ter muitos pontos 
negativos, apenas acrescentaria que o vídeo poderia ser um pouco maior, para que 
pudesse ser abordado a problemática de forma mais aprofundada e assim nós 
concedendo mais informações. 
 
3. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Foi possível observar, estudar e analisar como acontece a Lei de Stevin de 
forma didática, no momento em que os cálculos foram expostos na etapa um e uma 
conclusão foi tirada na etapa dois, usando como base o conteúdo discutido na 
introdução, foi muito fácil notar como os números se adequou a vida real. Quando os 
tubos comunicantes foram analisados em um segundo experimento também foi muito 
interessante, pois, a forma como os fluídos seguem o paradoxo hidrostático é no 
mínimo curioso. 
Acredito que um aperfeiçoamento desse experimento só seria possível em uma 
realidade onde não estaríamos em lockdown, seria interessante se após a feitura do 
procedimento experimental e dos cálculos, fosse possível observar uma aplicação 
deste fenômeno e uma melhor explicação de como a Lei de Stevin é utilizada no 
cotidiano. 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
GOMES. Maria Helena. Apostila de Mecânica Dos Fluídos. Disponível em: 
https://www.ufjf.br/engsanitariaeambiental/files/2012/09/Apostila-de-
Mec%C3%A2nica-dos-Fluidos.pdf> Acesso em: 08/04/2021 
ZAGO, Marco. Tema 02 – Hidrostática | Experimentos – Lei de Stevin: vasos 
comunicantes. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=rKirIsdgCuE> 
Acesso em: 08/04/2021 
ZAGO, Marco. Tema 02 – Hidrostática | Experimentos – Bebedouro de passarinho. 
Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=fIwMKf1WLlM> Acesso em: 
08/04/2021 
 
 
https://www.ufjf.br/engsanitariaeambiental/files/2012/09/Apostila-de-Mec%C3%A2nica-dos-Fluidos.pdf
https://www.ufjf.br/engsanitariaeambiental/files/2012/09/Apostila-de-Mec%C3%A2nica-dos-Fluidos.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=rKirIsdgCuE
https://www.youtube.com/watch?v=fIwMKf1WLlM