O Ensaio de Tração

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

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LABORATÓRIO DA DISCIPLINA EME 412P – T5

EXPERIMENTO 2: ENSAIO BALANÇO DOS MOVIMENTOS

ITAJUBÁ

2018

1. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS

1. Introdução

Neste experimento será discutida a ação das forças presentes em corpos imersos à água, também chamadas de forças hidrostáticas, isto é, a mecânica dos fluidos em equilíbrio hidrostático. Apesar da palavra hidrostática ter como significado “estática da água”, este termo é utilizado para designar a estática dos fluidos em geral.

Define-se que um fluido está em equilíbrio hidrostático quando ele está em repouso (à escala macroscópica) relativamente ao recipiente onde está contido, ou seja, quando a sua velocidade de escoamento é nula.

Por outro lado, num fluido em equilíbrio hidrostático, as forças que este exerce sobre as paredes do recipiente onde está contido são perpendiculares a estas, pois se não fossem assim haveria uma componente tangencial que levaria a um deslizamento do fluido ao longo das paredes, e ele deixaria de estar em equilíbrio hidrostático.

1. Objetivos

        O experimento tem como objetivo, determinar a força hidrostática agindo sobre uma superfície plana imersa em água quando a superfície está parcialmente e totalmente submersa.

        Além disso, determinar a posição do ponto de aplicação da força e comparar a posição determinada pelo experimento com a posição teórica.

1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

O empuxo é a existência da ação de várias forças sobre um corpo mergulhado em um determinado líquido. Cada força tem um módulo diferente, e a resultante delas não é nula. A resultante de todas essas forças está dirigida para cima e é exatamente esta resultante que representa a ação do empuxo sobre o corpo.

O empuxo existe graças à diferença de pressão hidrostática do corpo, visto que esta é proporcional à massa específica do fluido (ou densidade), à aceleração da gravidade, e à altura do fluido. Essa pressão será maior na parte inferior do corpo, devido a variação de altura do fluido, gerando uma força também conhecida como princípio de Arquimedes, onde “Todo corpo mergulhado em um fluido sofre a ação de um empuxo vertical, para cima, igual ao peso do líquido deslocado. ”

Quando um corpo está totalmente imerso em um líquido qualquer, podemos ter as seguintes condições:

• Se ele permanece parado no ponto em que foi colocado (equilíbrio), a impulsão é igual ao Peso do corpo;
• Se ele afundar, a intensidade da Força é menor que a intensidade do Peso;
• Se ele for levado para a superfície, a intensidade da Força é maior do que a intensidade da Peso.

Quando o sistema está em equilíbrio, os momentos sobre o ponto de giro são iguais:

m.g. L= F.h”

Onde:

m é a massa sobre o prato de balanço;

g é a aceleração da gravidade;

L é o comprimento do braço de balanço;

F é a força de empuxo hidrostática;

h” é a distância entre o eixo ao centro de pressão.

Assim, calculando a pressão hidrostática e do centro de pressão na face plana do quadrante, podemos comparar os resultados teóricos e experimentais.

A Lei Fundamental da Hidrostática, conhecida também como Lei de Stevin, afirma que "A diferença entre as pressões de dois pontos de um fluido em equilíbrio é igual ao produto entre a densidade do fluido, a aceleração da gravidade e a diferença entre as profundidades dos pontos."

PA- PB = ∆p = d∙ g ∙ ∆ℎ

Onde:

∆ℎ é o desnível (diferença) entre os pontos;

d é a densidade do líquido;

g é a aceleração da gravidade local.

No Sistema Internacional (SI):

• A variação da pressão hidrostática é em Pascal (Pa);
• O peso específico do fluido é em Newton por metros cúbicos (N/m3);
• A variação da altura da coluna do líquido é em metros (m);
• A densidade é em quilograma por metros cúbicos (Kg/m3);
• A aceleração da gravidade é em metros por segundo ao quadrado (m/s2).

1. DESENVOLVIMENTO PRÁTICO

1. Materiais

• F1-12 Hydrostatic Pressure (aparelho de pressão hidrostática) da marca ARMFIELD;
• Bancada nivelada;
• Conjunto de Pesos;
• Água.

Figura 1: Aparelho de Pressão Hidrostática Utilizado no Experimento.

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Fonte própria

Figura 2: Conjunto de Pesos.

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Fonte própria

1. Métodos

A princípio teríamos que nivelar o tanque, ajustando os parafusos de suporte até o nível de bolha estar corretamente alinhado, mas isso já havia sido feito e o equipamento estava nivelado.

Sem colocar nenhuma massa no suporte e movendo o contrapeso, alinhou-se o braço do balanço até que este ficasse em equilíbrio. Em seguida, verificou-se se a torneira de drenagem estava fechada.

Acrescentou-se então todos os pesos (0,450 kg no total) e introduziu água no tanque até que os momentos que atuam sobre o braço do balanço estivessem em equilíbrio. As forças que provocam momento são os pesos colocadas e o impulso da pressão hidrostática exercida na face retangular do quadrante.

Usando a torneira de drenagem, soltávamos um pouco de água e retirávamos os pesos até atingir o ponto de equilíbrio. Os pesos e a profundidade de imersão lida na escala foram registrados à medida em que repetíamos os procedimentos para cada peso retirado. Os dados estão dispostos na Tabela 2.

1. Coleta e Tratamento de Dados

Perante as duas situações apresentadas no experimento, temos: o Plano Vertical Parcialmente Submerso (Figura 3) e o Plano Vertical Totalmente Submerso (Figura 4).

Figura 3: Quadrante Parcialmente Submerso.

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