Relatório Física
Por: Israel Barbosa • 22/11/2016 • Relatório de pesquisa • 1.520 Palavras (7 Páginas) • 270 Visualizações
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 Empuxo
2.2 Propagação de erros
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Materiais utilizados
3.2 Procedimento
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5. CONCLUSÃO
6. REFERÊNCIAS
1. INTRODUÇÃO
Um fluido é definido como sendo toda e qualquer substância que escoa continuamente quando submetida a uma tensão de cisalhamento. Suas propriedades quando se encontra em movimento ou em repouso são objetos de estudo da mecânica dos fluidos. Em particular, a hidrostática é a área da mecânica dos fluidos dedicada ao estudo dos fluidos em repouso bem como sua interação com objetos imersos nesses fluidos.1
A água talvez seja o fluido incompressível mais comum em nosso dia a dia. Sempre que um objeto é imerso em um certo volume de água, ou outro líquido qualquer, observa-se o surgimento de uma força, vertical de baixo para cima, que tende a expulsar esse objeto de dentro do fluido. Essa força, denominada empuxo, foi descoberta pelo físico-matemático grego Arquimedes por volta do século III a.C. e é caracterizada como sendo igual ao produto: da massa específica do fluido, do volume submerso do objeto e da aceleração local da gravidade.
A força de empuxo é a responsável por manter os barcos flutuando sobre os oceanos. Como os barcos encontram-se em equilíbrio, parcialmente imersos e sujeitos a ação de duas forças de mesmo módulo e contrárias, o peso e o empuxo , exercido pela água. Também porque são ocos e sua densidade média (considerando a parte de aço e a parte cheia de ar) é menor que a densidade da água.2 Esses fatores ajudam a explicar o porquê dos navios não afundarem.[pic 1][pic 2]
Dentro desse contexto, o presente relatório tem por objetivo estudar a força de empuxo que a água exerce sobre um corpo imerso nela e comparar esse valor com o peso do volume de água deslocado pelo objeto.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 Empuxo
Para se desenvolver as equações necessárias no experimento, considera-se um cilindro parcialmente imerso na água. Levando-se em conta as forças verticais presente no cilindro, tem-se na parte superior, uma força vertical (para cima) resultante do produto da massa específica do material (), gravidade () e volume submerso (), representado pela equação 1.[pic 3][pic 4][pic 5]
(1)[pic 6]
Reescrevendo a equação 1 e substituindo (), obtemos[pic 7]
(2)[pic 8]
Reescrevendo 2, temos
(3)[pic 9]
Reescrevendo 3 e substituindo (), onde () é o peso do fluido deslocado, temos[pic 10][pic 11]
(4)[pic 12]
Como ( é igual a equação 1, e o objeto utilizado no experimento foi um cilindro de altura (, com volume , onde com raio , com isso obtemos a seguinte relação para ()[pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17][pic 18]
(5)[pic 19]
Para o experimento, se utiliza um dinamômetro que medirá o peso aparente , que é a diferença entre o peso total do cilindro e a força exercida pelo empuxo , representado pela figura 2.1. Dessa forma, se tem a equação 6[pic 20][pic 21][pic 22]
[pic 23][pic 24][pic 25][pic 26]
Figura 2.1- Diagrama de Corpo livre, onde () força peso aparente medida através do dinamômetro, () Empuxo e () Força Peso total do cilindro.[pic 27][pic 28][pic 29]
[pic 30]
(6)[pic 31]
2.2 Propagação de erros
Toda grandeza obtida de maneira indireta possui uma incerteza que depende da incerteza das varáveis associadas a ela. Assim, a incerteza de () depende da altura em que o cilindro está submerso na água () e do diâmetro do cilindro (). Como o valor da aceleração da gravidade e a densidade da água são constantes conhecidas, despreza-se a incerteza de ambas. Logo:[pic 32][pic 33][pic 34]
(7)[pic 35]
Derivando parcialmente a equação (4) e substituindo em (7), temos
(8)[pic 36]
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Materiais utilizados
Os materiais utilizados na prática estão listados a seguir:
- Cilindro de aço;
- Dinamômetro;
- Béquer;
- Água;
- Macaco mecânico;
- Paquímetro;
- Tripé universal.
3.2 Procedimento
Inicialmente, o béquer foi preenchido com água (aproximadamente 250 ml) e foi posicionado na base superior do macaco mecânico. Na extremidade superior de tripé universal, foi colocado um dinamômetro. Este dinamômetro estava conectado a um cilindro aço. O mesmo cilindro teve seu diâmetro medido por meio de um paquímetro.
O cilindro então foi conectado ao dinamômetro, e o suporte foi posicionado atrás do macaco mecânico (Figura 3.1). Com isso, o dinamômetro com o cilindro em sua ponta ficou posicionado superiormente ao béquer preenchido parcialmente com água. Tal cilindro possuía marcações laterais a fim de identificar suas alturas parciais. O macaco então começou a ser elevado, e o cilindro entrou dentro do béquer, deslocando a água contida no mesmo. Como o cilindro, que era feito de aço, possuía uma maior densidade do que a água, portanto ele teve a tendência de descer devido à sua força peso, porém, conforme o macaco foi sendo elevado, a força marcada no dinamômetro conectado ao cilindro diminuía, devido ao fato da água gerar uma força direcionada ao cilindro na direção vertical, a mesma denominada de empuxo. Foram feitas oito medidas ao todo durante o procedimento.
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