Relatório Física Experimental - Prática 6 - UFC

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

CENTRO DE CIÊNCIAS

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

RELATÓRIO

Prática 6

Princípio de Arquimedes e densimetria

Nome: Átila Einstein de Oliveira

Matrícula: 368222

Curso: Engenharia Energias e Meio Ambiente - EEMA

Disciplina: Física 1

Turma: 30

Junho/2014

Objetivos:

Determinar a densidade de sólidos e líquidos.

Verificar experimentalmente o princípio de Arquimedes.

Determinar o empuxo

Verificar a condição para que um sólido flutue em um líquido

Material:

Dinamômetro graduado em N;

Corpos sólidos (plástico, ferro, chumbo, parafina e madeira);

Líquidos (água e álcool);

Garrafa plástica com tampa;

Bécker de 140 mL;

Proveta de 100 mL.

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Introdução Teórica:

        Quando um corpo é total ou parcialmente imerso em um fluido (líquido ou gás) em equilíbrio, o fluido exerce pressão em todos os pontos da superfície do corpo que esteja em contato com ele. Como a pressão é maior nas partes mais profundas, haverá uma força resultante verticalmente para cima, denominada empuxo. Arquimedes descobriu este fato experimentalmente muito antes de estabelecida as leis básicas da Mecânica e enunciou seu famoso princípio: “Todo corpo total ou parcialmente imerso em um fluido, sofre a ação de uma força vertical, dirigida para cima, de módulo igual a peso do fluido deslocado”.

VERIFICAÇÃO DE EMPUXO:

        Determinemos o peso de um corpo imerso num líquido como mostra a Figura 1. Verificaremos que, de acordo com o princípio de Arquimedes, haverá um empuxo (E) exercido pelo líquido sobre o corpo; desta forma obteremos um peso aparente (P’) menor do que o peso real (P):

P’ = P – E (7.1)

Então:

E = P – P’ (7.2)

        Pôr outro lado, de acordo com o princípio de Arquimedes, o empuxo é igual ao peso do líquido deslocado, isto é:

E = ml . g (7.3)

        Onde ml  é a massa de líquido deslocado e g, a aceleração da gravidade.

        Como a massa específica (ou densidade*) do líquido é dada por:

ρl = ml / V

ml  = V . ρl

         Sendo V o volume do líquido deslocado, temos:

E = V . ρl . g (7.4)

        * A densidade de uma substância é a razão da massa específica desta substância para a de outra substância tomada como padrão. Para sólidos e líquidos, o padrão usualmente escolhido é a da água destilada a 4ºC, onde ρ = 1g/cm3.

DENSIMETRIA

Determinemos a densidade de um sólido mediante a aplicação do princípio de Arquimedes.

Pela equação 7.2 temos:

E = P – P’

Combinando com a equação 7.4, vem:

V . ρl .g = m . g – ma . g

Onde ma representa a massa aparente do corpo imerso no líquido.

Como a massa específica (densidade) do corpo é dada por ρ = m/V, podemos escrever:

m/ρ   . ρl = m – ma

Portanto:

ρ = m / (m – ma) . ρl (7.5)

que é a massa específica (densidade) de um corpo qualquer em função de sua massa m e da massa aparente ma.

PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES

        Para prever das três situações citadas anteriormente irá ocorrer, devemos conhecer o princípio de Arquimedes, um grego que viveu no século III a.C., enquanto se banhava, constatou que um corpo imerso na água torna-se mais leve devido a uma força, vertical e para cima, exercida pelo líquido sobre o corpo é denominada empuxo (E).

Peso Real e Peso Aparente:

        Vamos imaginar uma experiência. Suponha que um bloco cúbico, maciço, de alumínio (densidade = 2,7 g/cm3), imerso no ar, seja pendurado em um dinamômetro (medidor de forças) que indica um valor P para o peso do bloco. Em seguida, o bloco é imerso em um líquido, por exemplo a água, e uma nova leitura é feita. Seja Pa a indicação do dinamômetro para o peso do bloco.

        A diferença entre o peso real e o peso aparente corresponde ao empuxo exercido pelo líquido.

        Quando um corpo flutua em um líquido, as seguintes condições são obedecidas:

• Ele encontra-se em equilíbrio . A intensidade da força de empuxo é igual à intensidade da força peso.
• O volume de líquido que ele desloca é menor do que seu próprio volume. O volume de líquido deslocado corresponde à parcela do volume do corpo que se encontra dentro do líquido.
• A densidade do corpo é menor do que a massa específica do líquido.
• O peso aparente do objeto é nulo.

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Procedimento com resultados e tabelas:

Determinação da massa específica (densidade de líquidos)

1 – Utilizando-se o dinamômetro, pesou-se a garrafa plástica com tampa, vazia. Anotou-se em N e calculou-se sua massa em gramas. Utilizou-se g=9,81 m/s2.

R:

Garrafa vazia teve peso de 0,1N.

Massa (garrafa) = [pic 1]

2 – Mediu-se em uma proveta graduada 100mL de água, colocou-se no recipiente de plástico e tampou-se, pesou-se, determinou-se a massa específica (densidade) e anotou-se na tabela 6.1.

R:

Garrafa com 100 mL de água teve peso de 1,07 N.