Relatório Empuxo

O EMPUXO E O PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES

Resumo: A finalidade deste relatório é conceder ao aluno a competência para reconhecer a presença do empuxo em função da aparente diminuição da força peso em um corpo submerso em um líquido, reconhecendo sua dependência em função da densidade e volume do líquido deslocado.

Palavras-chave: Fluido, força, empuxo, volume e densidade.

1. INTRODUÇÃO E FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

A realização desta prática em laboratório tem como objetivo nos mostrar e testar conceitos sobre a existência do empuxo e sobre o Teorema de Arquimedes.

Quando um corpo está total ou parcialmente submerso em um fluido, uma força de reação permite que o corpo se sustente verticalmente, a esta força chamamos de empuxo.

O Empuxo é uma força resultante, exercida por um fluido em condições hidrostáticas sobre um corpo que nele esteja imerso (fig.1).

Quando um corpo vai sendo submergido, o líquido começa a atuar em todas as direções deste, logo a pressão vai aumentando, assim a força que atua na parte inferior do corpo sobressai em relação à força que atua na parte superior. Cada força tem um módulo diferente, e a resultante delas não é nula.

[pic 1]

Um corpo total ou parcialmente imerso em um fluido sofre um empuxo vertical para cima que é igual ao peso do volume do fluido deslocado pelo corpo. Assim, um corpo imerso na água torna-se mais leve devido a uma força, exercida pelo líquido sobre o corpo aliviando o seu peso.

Assim é definido o empuxo, que é comparado com o peso do corpo. Devemos nos atentar, pois a força empuxo pode variar de acordo com a densidade do fluido.

A resultante de todas essas forças está dirigida para cima e é exatamente esta resultante que representa a ação do empuxo sobre corpo. De acordo com o principio de Arquimedes o módulo da força de empuxo é dado por:

 =   [pic 2][pic 3]

Onde  é a massa do fluido deslocado pelo corpo. Substituindo  = , temos[pic 4][pic 5][pic 6]

[pic 7]

Onde:
E =Empuxo (N)
ρ =Densidade do fluido (kg/m³)
V =Volume do fluido deslocado (m³)
g = aceleração da gravidade (m/s²)   

                        

2. DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO

Na realização desta atividade utilizamos os seguintes materiais: 1(um) tripé com bases niveladoras, 1(um) dinamômetro de 2N; 1(um) cilindro de Arquimedes; 1(um) Becker com 250 ml de água, 1(uma) seringa de 20 ml.

Inicialmente, realizamos a montagem do tripé, fixando o dinamômetro em sua parte superior e verificando sua regulagem. Foi retirado o êmbolo de dentro do cilindro de Arquimedes e verificado que o espaço deixado no cilindro é igual ao volume do êmbolo retirado. Realizamos a pesagem do conjunto e acoplados ao dinamômetro (fig.2). Após a pesagem, o embolo foi acoplado à parte inferior do cilindro e realizado a regulagem de altura do conjunto em relação à mesa (fig.3).

                                  [pic 8]

                            

        

O embolo foi mergulhado dentro do Becker, na água, e foi verificado o fenômeno ocorrido com o cilindro (fig.4). Após este passo, retiramos água do Becker com auxilio de uma seringa e enchemos o cilindro, onde observamos outro fenômeno (fig.5 e 6), assim verificamos novamente o resultado do experimento.

              [pic 9]

       

     

3. RESULTADOS OBTIDOS

Primeira parte do experimento:

Foi posicionado na bancada o tripé com bases niveladoras, o dinamômetro foi acoplado ao tripé e ajustado sua escala. Foi retirado o embolo do cilindro de Arquimedes e verificado que o espaço deixado no cilindro corresponde ao volume de embolo retirado. Pesado o conjunto (cilindro+embolo) e verificado valor de 0,61N (já descontado o peso do recipiente auxiliar do cilindro = 0,23N), sendo considerando este, como peso do corpo fora do líquido ().         Após esta medição o conjunto (cilindro+embolo) este foi fixado ao dinamômetro e posicionado (fig.3).  O embolo foi mergulhado na água e verificado novo valor para seu peso de 0,17N e considerado como peso aparente do corpo dentro do líquido .   Podemos perceber, desta forma, que a força empuxo atua em direção contrária a força peso, fazendo desta forma com que o valor do peso aparente do embolo reduzisse. Podemos determinar o módulo da força empuxo, conforme a fig.7.[pic 10][pic 11]

                    [pic 12]         [pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17][pic 18]

[pic 19]

Figura 7

Desta forma, verificamos que o empuxo tem direção vertical e o seu sentido de baixo para cima, ou seja, contrário à força peso.

Quando posicionamos o embolo, submerso apenas em sua metade (fig.8), verificamos que o valor do módulo do empuxo reduz, praticamente, a sua metade (já descontado o peso do recipiente auxiliar do cilindro = 0,23N).

 

                                [pic 20][pic 21]

                       [pic 22][pic 23]

        

Figura 8

        

Assim, temos que um sistema de forças estando em equilíbrio tem sua somatória de forças igual a zero, desta forma e empuxo, no sistema, tende a ser uma força.

Segunda parte do experimento:

Com o embolo submerso, foi retirado com auxílio de uma seringa, água do Becker (fig.9). A água retirada foi utilizada para encher o cilindro (fig.10). Foi observado que a leitura no dinamômetro aumentou para 0,86N. Descontado o peso do recipiente auxiliar do cilindro = 0,23N, temos que o peso (cilindro+embolo) é de 0,63N. Assim, verificamos que o volume de água contida no cilindro é igual ao volume do êmbolo; e o volume de água deslocado pelo embolo dentro do recipiente é igual ao volume de água dentro do cilindro (Princípio da impenetrabilidade da matéria).