Relatório Física Experimental

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

INSTITUTO DE FÍSICA

FÍSICA EXPERIMENTAL II

EXPERIMENTO 4

EMPUXO

Professor:

Turma: EAM3

Rio de Janeiro, 18 de setembro de 2021

1. Introdução

1.1. Objetivo e Introdução Teórica

Este experimento tem como objetivo estudar e observar a força que um fluido

em repouso exerce sobre um sólido imerso ou parcialmente imerso num fluido, ou

seja, o empuxo.

Experimentalmente, isto será verificado a partir do princípio de Arquimedes

que estabelece que todo corpo parcial ou totalmente submerso num fluido estará

sujeito a uma força vertical, ascendente, de magnitude igual ao peso da porção de

líquido deslocado pelo corpo. Com base nisso, será usada a força de empuxo para

determinar a massa de uma moeda de 50 centavos.

1.2. Cálculos

Retomando o princípio de Arquimedes, torna-se possível dizer que o volume

deslocado de água está diretamente relacionado com a massa de moedas que

serão submersas no líquido:

𝐸 = ρ , em que: 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜

. 𝑉

𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜

. 𝑔

𝐸 = Força de Empuxo

ρ = Densidade do Fluido 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜

𝑉 = Volume Submerso

𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜

𝑔= Força da Gravidade

Para esta fórmula, foram adotados os seguintes valores de referência:

- Densidade da água ρ

á𝑔𝑢𝑎 = (0, 997 ± 0, 001) 𝑔/𝑚𝑙

- Massa de uma moeda de 50 centavos da segunda família do real

𝑚 (sem incertezas pois é um valor tabelado pelo Banco 𝑚𝑜𝑒𝑑𝑎 = 7, 81 𝑔

Central do Brasil e considerado absoluto)

Em seguida, para a análise dos dados foram analisadas as forças que atuam

verticalmente no sistema, sendo elas a força peso (P), e as forças de empuxo (E) e

elástica (𝐹 ) que atuam no sentido contrário. Desta forma, temos:

𝑒𝑙

𝐸 + 𝐹 , em que:

𝑒𝑙 = 𝑃

𝑃 = 𝑁 com N sendo o número de moedas (nesse caso, o número 𝑚á𝑥

. 𝑚 . 𝑔

máximo), m a massa de uma moeda e g a força da gravidade

𝐹

𝑒𝑙 = 𝑘 . ∆𝑥

𝐸 = ρ . (𝑉 − 𝑉 , com V sendo o volume final do sistema e o inicial

0

) . 𝑔 𝑉

0

Relacionando a massa das moedas à força elástica da mola, temos que

𝐹 . Dessa forma,

𝑒𝑙 = 𝑘 . ∆𝑥 = 𝑁 . 𝑚 . 𝑔

𝐸 + 𝑁 . 𝑚 . 𝑔 = 𝑁𝑚á𝑥

. 𝑚 . 𝑔 ⇔

𝐸 = (𝑁𝑚á𝑥 − 𝑁) . 𝑚 . 𝑔 ⇔

ρ

𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜

. 𝑉

𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜

. 𝑔 = 𝑛 . 𝑚 . 𝑔 ⇔

𝑉 = 𝑉 , em que:

0 +

𝑚

ρ

𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜

. 𝑛

𝑉= Volume Final

𝑉 = Volume Inicial

0

𝑚= massa da moeda

ρ = Densidade do Fluido 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜

𝑛= 𝑁 (também referente ao número de marcações experimentais explicadas 𝑚á𝑥 − 𝑁

posteriormente)

Assim, analisando a relação linear obtida entre as forças atuantes no

sistema, é possível dizer que, num gráfico linear V (ml) x n, o coeficiente linear

desta reta seria o volume inicial(𝑉 do sistema, enquanto o coeficiente angular é

0

)

.

𝑚

ρ

𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜

2. Procedimento Experimental

2.1. Arranjo Experimental

Foram escolhidos os seguintes materiais para o arranjo experimental:

- 1 Espiral de caderno (mola)

- 8 moedas de 50 centavos da segunda

família do real

- Fio de Nylon

- Pedaço de Barbante

- Colher de medidas de 5 ml

- Tampa de enxaguante bucal

- Folha de papel

- Lápis, borracha, régua

- Fita adesiva

- Recipiente fino e comprido