Relatório 4 - Física Experimental 2

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<p>UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO</p><p>ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA – EEL USP</p><p>FÍSICA EXPERIMENTAL II</p><p>PROFESSOR: João Bosco Nunes Romeiro</p><p>ALUNOS: Cauã Ferrazza Schuch (Nº 14564392), Fernando Ricci Távora (N° 14653123), Pedro de Mendonça (N° 14803655)</p><p>RELATÓRIO EXPERIMENTO 4: O princípio de Arquimedes</p><p>07/08/2023</p><p>1. Objetivo/introdução</p><p>O Princípio de Arquimedes, no contexto da hidrostática, constitui um teorema de natureza física que aborda as interações de forças manifestadas em corpos submersos em meios fluidos. Este princípio proporciona uma base para a análise das condições determinantes para a imersão, flutuação ou submersão de corpos em fluidos específicos e soluções. Neste âmbito, é introduzido o conceito da força de empuxo, que se manifesta como uma componente vertical orientada para cima. O fenômeno de empuxo é deflagrado mediante a inserção de um corpo em meio fluido, representando a força resultante aplicada sobre entidades que se encontram parcial ou integralmente imersas em fluidos, tais como o ar e a água.</p><p>Nosso objetivo é observar o empuxo se manifestando através da aparente redução na força peso de um objeto submerso em um líquido, e então realizar experimentos para reconhecer como o empuxo varia em relação às mudanças no volume do líquido deslocado e na densidade do líquido e por fim, determinar, experimentalmente, a magnitude do empuxo experimentado por um êmbolo quando totalmente imerso.</p><p>2. Procedimento experimental e esquema do aparato experimental:</p><p>Os materiais necessários para o experimento são os seguintes:</p><p>- Um (01) cilindro de Arquimedes.</p><p>- Um (01) êmbolo.</p><p>- Um (01) dinamômetro com capacidade de 2 N.</p><p>- Um (01) suporte contendo haste e tripé.</p><p>- Uma (01) seringa.</p><p>- Um (01) recipiente do tipo Becker contendo 250 ml de água.</p><p>- Um (01) paquímetro.</p><p>Esquema do material utilizado:</p><p>Primeiramente penduramos o cilindro no dinamômetro, como especificado e então ajustamos a suspensão para que o cilindro fique a aproximadamente três milímetros acima da superfície da mesa. Enquanto mantínhamos o êmbolo submerso recolhemos, com a seringa, água do copo e colocamos no cilindro.</p><p>Registramos o valor obtido como "PCFL" - peso do corpo fora do líquido. Por fim, adicionamos sal à água do copo e refizemos as medições.</p><p>3. Resultados e análise de dados</p><p>Em primeiro lugar, determina-se o empuxo sofrido pelo êmbolo totalmente submerso, que assim como na experiência 3 (comprovação experimental do empuxo), é de 0.44N. Após essa primeira medida, é realizado a pesagem pelo dinamômetro do peso êmbolo + cilindro, que corresponde ao valor de 1.02N.</p><p>Mantendo o êmbolo submerso, é recolhido com a seringa água do copo, que será utilizada para encher o cilindro. O novo registro, sem submergir o êmbolo, é de 73 marcações, correspondendo à 73x0.02 = 1.46N. Quando o êmbolo é mergulhado totalmente na água, o novo valor registrado é de 51 marcações, que é o mesmo valor do peso êmbolo + cilindro registrado no início do experimento. De fato, comprova-se que o valor do empuxo nessa segunda análise também é de 0.44N, exatamente o valor do empuxo observado com a submersão do êmbolo.</p><p>Por conta disso, comparando o volume de água no cilindro com o volume do êmbolo, pela análise empírica e pelos cálculos realizados, é correto afirmar-se que que o volume de água descolado pelo êmbolo totalmente submerso é igual ao volume interno do cilindro.</p><p>Para determinar o peso do volume de água deslocada, tem-se duas equações: P (peso) = Mg e (massa específica) = M/V, realizando uma troca de variáveis, é possível obter a equação P = Vg. Assim, portanto, determina-se que o peso do volume de água também é de 0.44N.</p><p>Feito essa determinação, compara-se o peso do volume de líquido deslocado com o valor do empuxo E, e é possível concluir que ambos são iguais. Dessa maneira, a afirmação ‘todo corpo mergulhado em um fluido fica submetido à ação de uma força vertical, orientada de baixo para cima, denominada empuxo, cujo valor modular é igual ao peso do volume do fluído deslocado.’ é de fato verdadeira.</p><p>Ademais, utilizando um paquímetro, determina-se o volume do êmbolo com dimensões de diâmetro e altura, respectivamente, 2.7 e 7.6 centímetros, como sendo 4.35x. Assim, para determinar o valor da massa específica e do peso específico do líquido, utiliza-se a formula E = Vg para determinar-se a massa específica, que é de 1.03x10³ kg/m³, e o peso específico () é determinado com a fórmula E = V, que resulta no valor de 10.11x10³ N/m³. Comparados com os valores encontrados na literatura (Fonte: ‘Handbook of Chemistry and Physics’, CRC press, Ed 64), é observado que os valores teóricos de massa específica e peso específico são muito próximos dos calculados no experimento.</p><p>Por último, é refeito o experimento adicionando-se sal na água, entretanto, os valores de empuxo observados foram praticamente os mesmos do experimento realizado com água pura, por conta disso, a possibilidade evidenciada é a de que a quantidade de sal utilizada foi muito pouca para obter-se variações consideráveis empiricamente, com empuxo medido de 0.46N, e é necessário uma nova análise em um futuro experimento, para dessa forma, acrescentar mais sal e obter variações evidentes no empuxo. Faz-se de suma importância observar que a nova densidade calculada pela fórmula do empuxo, com líquido sendo água e sal é de 1.07x10³ kg/m³.</p><p>4. Discussão e conclusão</p><p>Portanto, é fato que o experimento realizado comprova a teoria do Princípio de Arquimedes, e isso pode ser observado pelo fato de que a força exercida pelo volume de água que é deslocado ser igual em magnitude ao peso da água contida no cilindro cheio.</p><p>Além disso, é válido observar que a massa específica de água calculada é muito próxima do valor da literatura, demonstrando a precisão do experimento, por mais que registrado inteiramente pela observação empírica.</p><p>Para finalizar, faz-se importante comentar um detalhe na parte em que a equipe deveria colocar sal na água e observar os resultados. Devido ao pouco sal dissociado em água que foi utilizado, o resultado obteve variação mínima se comparado ao relatado na primeira parte, com água pura. O esperado seria um aumento no empuxo, devido a densidade da água com sal ser maior do que a densidade da água pura. Assim, seria válido realizar novamente a segunda parte do experimento, mas priorizando maior quantidade de sal na água.</p><p>image1.gif</p><p>image2.png</p>