UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTOCENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE DO ESPÍRITO SANTO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS NATURAIS Calebe Lima de Jesus Pereira Dayene de Carvalho da Silva Pereira Ramon Santana Curto RELATÓRIO FÍSICA EXPERIMENTAL O Princípio de Arquimedes Disciplina de Física Experimental ministrada pelo Professor José Rafael C. Proveti São Mateus 2015 1 Objetivos Gerais Identificar a presença do empuxo em função da aparente diminuição da força peso de um corpo submerso em um líquido e constatar, ou não, a veracidade da afirmação: “Todo corpo mergulhado em um fluido fica submetido à ação de uma força vertical, orientada de baixo para cima, denominada empuxo, de módulo igual ao peso do volume de fluído deslocado”. 2 Dados Experimentais Dados experimentais usando o cilindro metálico Descrição Peso cilindro metálico Peso do recipiente + ganchos Peso do recipiente + cilindro + ganchos Peso aparente com incerteza Peso da água retirada com incerteza Peso (N) 0,69 ± 0,01 0,22 ± 0,01 0,91 ± 0,01 0,64 ± 0,01 0,48 ± 0,01 Descrição Volume da água retirada com incerteza Volume do cilindro calculado com incerteza Volume (ml) 27,0 ± 0,5 25 ± 1 Dados experimentais usando o cilindro plástico Descrição Peso cilindro plástico Peso do recipiente + ganchos Peso do recipiente + cilindro + ganchos Peso aparente com incerteza Peso da água retirada com incerteza Peso (N) 0,51 ± 0,01 0,22 ± 0,01 0,73 ± 0,01 0,30 ± 0,01 0,58 ± 0,01 Descrição Volume da água retirada com incerteza Volume do cilindro calculado com incerteza Volume (ml) 38,5 ± 0,5 45 ± 2 3 Cálculos O Princípio de Arquimedes afirma que todo corpo submerso em um fluído experimenta um empuxo vertical e para cima igual ao peso de fluído deslocado. A explicação do princípio de Arquimedes consta em duas partes como é indicado na Figura 1. Figura 1 – Porção de fluído em equilíbrio com o resto do fluído. O estudo das forças sobre uma porção de fluído em equilíbrio com o resto do fluído. Para um corpo parcialmente submerso, que o caso dos experimentos executados, sustentado por uma tensão que o puxa para cima, de modo a se escolher livremente qual porção do corpo fica submersa, temos que o empuxo é exercido apenas pela parte do corpo efetivamente dentro do fluido. Nesse caso, temos no equilíbrio: T=P-E Onde T é a tensão na corda (que será o peso aparente) que sustenta o corpo, P é o peso do corpo e E o empuxo do fluido sobre o corpo. Logo, E = Peso real – Peso aparente Assim, o empuxo que age sobre o cilindro metálico é dado por: E = (0,91 ± 0,01) N – (0,64 ± 0,01) N E = (0,27 ± 0,02) N Convertendo o peso em Newton para volume ml temos que é igual a (27 ± 2) ml. O empuxo que age sobre o cilindro plástico é dado por: E = (0,73 ± 0,01) N – (0,30 ± 0,01) N E = (0,43 ± 0,02) N Convertendo o peso em Newton para volume ml temos que é igual a (43 ± 2) ml. 4 Análise de Dados Como podemos observar pelos dados experimentais os valores de peso aparentes se diferem dos valores de peso da água deslocada. Peso aparente do cilindro metálico é igual a (0,64 ± 0,01) N que é diferente do peso da água retirada que, nesse caso, é igual a (0,48 ± 0,01) N. Peso aparente do cilindro plástico é igual a (0,30 ± 0,01) N que é diferentes do peso da água retirada que, nesse caso, é igual a (0,58 ± 0, 01) N. Isso ocorre devido ao fato de que sobre um corpo imerso em água age um empuxo que por sua vez diminui o peso real para um peso aparente. Os valores de volume de água retirada e os valores de volume dos cilindros também não coincidem, mesmo dentro das suas incertezas. Apesar dos valores se diferirem eles ainda são muito próximos. O volume do cilindro metálico é igual a (25 ± 1) ml e o volume da água retirada é igual a (27,0 ± 0,5) ml. O volume do cilindro plástico é igual a (45 ± 2) ml e o volume da água retirada é igual a (38 ± 0,5) ml. Essa diferença pode ser devido a algum erro do operador na hora de executar o experimento juntamente com erros dos instrumentos utilizados. Como o volume do cilindro plástico foi calculado com base em suas dimensões, é provável que erro esteja no valor do volume da água retirada, já que tivemos problemas com a medição desse valor. O problema ocorreu quando, ao tirarmos certa quantidade de água o cilindro de plástico começou a encostar no fundo do recipiente, então tivemos que aumentar a altura do suporte para que ele deixasse de encostar no fundo. Após feito isso, retornamos a retirada da água levando assim ao erro na mediação no valor do volume de água retirada. O Princípio de Arquimedes afirma que o valor de empuxo é igual ao valor de peso do volume do fluido deslocado. Essa afirmação foi confirmada com a comparação dos valores de empuxo encontrados com os valores de volume de água retirados tanto com o cilindro metálico como com o cilindro plástico. O empuxo que age sobre cilindro metálico é igual a (0,27 ± 0,02) N que convertendo o peso em Newton para volume em ml temos que é igual a (27 ± 2) ml que coincide com o valor de volume de água retirada igual a (27,0 ± 0,5) ml. O valor de empuxo também coincide, dentro da incerteza, com o valor do volume do cilindro metálico que é igual a (25 ± 1) ml. O empuxo que age sobre o cilindro plástico é igual a (0,43 ± 0,02) N que convertendo o peso em Newton para volume em ml temos que é igual a (43 ± 2) ml que não coincide exatamente com o valor de água retirada devido ao um erro na medição desse valor, mas se aproxima muito do valor que é igual a (38 ± 0,5) ml. O valor de empuxo, porém coincide, dentro da incerteza, com o valor do volume do cilindro plástico que é igual a (45 ± 2) ml. 5 Conclusões Através do experimento executado, pode-se observar que o empuxo é uma força vertical, orientada para baixo e que atua sobre o corpo imerso mudando o seu peso real para um peso aparente menor. O Princípio de Arquimedes explica por que as embarcações de grande porte não afundam a pesar do seu peso real ser muito grande. Isso se deve a quantidade de água deslocada por cada material, seja o corpo de uma pessoa ou um navio. Quando esse material é imerso, o fluido reage tentando ocupar novamente esse espaço. Quanto mais água é tirada do lugar, maior é a reação. Essa força contrária é o que sustenta o material volumoso mergulhado na água. Se o volume for bem razoável, a quantidade de líquido deslocado por ele terá pode suficiente para manter um corpo de peso enorme flutuando. 6 Bibliografia [1] HALLIDAY, David, Resnik Robert, Krane, Denneth S. Física 2, volume 1, 5 Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2004. [2] INFOESCOLA, Princípio de Arquimedes. InfoEscola Navegando e Aprendendo. Disponível em:< http://www.infoescola.com/fisica/principio-dearquimedes-empuxo/>. Acesso em: 21 de junho de 2015
Report "Relatório Experimento 7 - O Principio de Arquimendes"