PRÁTICA 2 FÍSICA EXPERIMENTAL UFC

Prévia do material em texto

<p>UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ</p><p>CENTRO DE CIÊNCIAS</p><p>DEPARTAMENTO DE FÍSICA</p><p>DISCIPLINA EXPERIMENTOS DE FÍSICA</p><p>SEMESTRE 2024.1</p><p>Prática 2 (PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES E DENSIMETRIA)</p><p>ALUNO: ARTHUR BERTINI LOBO FERREIRA</p><p>MATRÍCULA: 562261</p><p>CURSO: ENGENHARIA ELÉTRICA</p><p>TURMA: EXPFIS-20 2024.1</p><p>PROFESSOR: MARCOS ANTONIO ARAUJO SILVA</p><p>1 OBJETIVOS</p><p>- Determinar a densidade de sólidos e líquidos.</p><p>- Verificar experimentalmente o princípio de Arquimedes.</p><p>- Determinar o empuxo.</p><p>- Verificar a condição para que um sólido flutue em um líquido.</p><p>2 MATERIAL</p><p>- Dinamômetro com graduação em Newtons (N);</p><p>- Corpos sólidos (plástico, ferro, chumbo, parafina, madeira);</p><p>- Líquidos (água, álcool);</p><p>- Garrafa plástica com tampa;</p><p>- Béquer de 140 mL;</p><p>- Proveta de 100 mL.</p><p>3 PROCEDIMENTO</p><p>DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA (DENSIDADE) DE LÍQUIDOS E DE SÓLIDOS</p><p>Foram necessários três alunos para os experimentos a seguir. Primeiramente verificamos se</p><p>o dinamômetro estava zerado, após determinarmos que estava seguimos com a prática. Em</p><p>seguida, utilizamos o dinamômetro para pesar a garrafa plástica vazia e com tampa.</p><p>Anotamos o peso em Newtons (N) e calculamos a massa em gramas (g), utilizando a</p><p>aceleração da gravidade padrão de 9,81 m/s^2. Com o auxílio de uma proveta graduada,</p><p>medimos 100 mL de água, colocamos a água no recipiente de plástico previamente pesado e</p><p>tampamos o recipiente, depois, pesamos e determinamos sua massa específica, registramos</p><p>os valores obtidos na Tabela 2.1 do relatório. Medição do Álcool: Enfim, repetimos o</p><p>procedimento anterior, mas utilizando álcool ao invés de água, medimos 100 mL de álcool na</p><p>proveta graduada, depois, colocamos o álcool no recipiente de plástico e tampamos o</p><p>recipiente. Pesamos o recipiente com o álcool e determinamos sua massa específica</p><p>(densidade). Registramos os valores obtidos na Tabela 2.1 do relatório.</p><p>Após fazermos as medições dos líquidos, continuamos para realizar as medições dos sólidos.</p><p>Primeiramente, como foi feito antes, pesamos as amostras com o dinamômetro para</p><p>determinar seus pesos e, a partir dessas informações,calcular suas massas utilizando</p><p>aceleração da gravidade padrão de 9,81 m/s^2. Com isso, mergulhamos as amostras em uma</p><p>proveta com 60ml de água para medir seus volumes aparentes e logo em seguida calculamos</p><p>as suas densidades. Registramos os valores obtidos na Tabela 2.1 do relatório.</p><p>2</p><p>Tabela 2.1 - Resultados experimentais para determinação da densidade.</p><p>AMOSTRA PESO</p><p>(N)</p><p>MASSA</p><p>(g)</p><p>VOLUME</p><p>(cm3)</p><p>MASSA</p><p>ESPECÍFICA</p><p>(g/cm3)</p><p>Água 1,08 110,09 100,00 0,99</p><p>Álcool 0,88 89,70 100,00 0,79</p><p>Ferro 1,14 116,20 15,00 7,75</p><p>Plástico 0,26 26,50 23,00 1,15</p><p>Chumbo 1,56 159,02 15,00 10,60</p><p>Madeira 0,24 24,46 25,00 0,98</p><p>Parafina 0,22 22,43 23,00 0,97</p><p>VERIFICAÇÃO DA DENSIDADE RELATIVA</p><p>Após terminarmos de fazer as medições, verificamos as densidades relativas colocando as</p><p>amostras nos dois líquidos do experimento. Após isso, notamos que os resultados da</p><p>experiência batiam com a comparação dos dados obtidos. Registramos os valores obtidos na</p><p>Tabela 2.2 do relatório.</p><p>Tabela 2.2. Comparação das densidades, responda SIM ou NÃO.</p><p>AMOSTRA FLUTUA</p><p>NA ÁGUA?</p><p>FLUTUA</p><p>NO ÁLCOOL?</p><p>ρamostra</p><p>é menor do</p><p>que ρágua?</p><p>ρamostra</p><p>é menor do</p><p>que ρÁlcool?</p><p>Ferro NÃO NÃO NÃO NÃO</p><p>Plástico NÃO NÃO NÃO NÃO</p><p>Chumbo NÃO NÃO NÃO NÃO</p><p>Madeira SIM NÃO SIM NÃO</p><p>Parafina SIM NÃO SIM NÃO</p><p>3</p><p>DETERMINAÇÃO DO EMPUXO</p><p>Antes de dar início ao cálculo do valor do empuxo dos líquidos sobre as amostras, fizemos a</p><p>medição dos pesos aparentes das mesmas. Para isso, utilizamos o dinamômetro com as</p><p>unidades já mergulhadas nos líquidos e aferimos seus pesos. Registramos os valores obtidos</p><p>na Tabela 2.3 do relatório.</p><p>Tabela 2.3 - Peso aparente das amostras.</p><p>AMOSTRA Peso aparente na água (N) Peso aparente no álcool (N)</p><p>Ferro 0,98 1,02</p><p>Plástico 0,04 0,06</p><p>Chumbo 1,42 1,44</p><p>A fim de calcular o empuxo exercido pelos líquidos nas amostras de ferro, plástico e</p><p>chumbo, utilizamos o princípio de Arquimedes, que nele é dito que, o empuxo é igual ao</p><p>peso do líquido deslocado; assim, multiplicando a densidade do líquido pelo volume do</p><p>corpo e pela aceleração da gravidade, teremos o peso do líquido deslocado (o empuxo E).</p><p>Com isso, transformamos as unidades das medidas aferidas para o SI e fizemos os cálculos</p><p>os quais os resultados estão nas tabelas 2.4 e 2.5 do relatório.</p><p>Tabela 2.4 - Empuxo na água.</p><p>Tabela 2.5 - Empuxo no álcool.</p><p>AMOSTRA Ferro Plástic</p><p>o</p><p>Chumb</p><p>o</p><p>VOLUME (m3) 15,00 23,00 15,00</p><p>4</p><p>AMOSTRA Ferro Plástic</p><p>o</p><p>Chumb</p><p>o</p><p>VOLUME (m3) 1,50.10</p><p>^-5</p><p>2,30.10</p><p>^-5</p><p>1,50.10</p><p>^-5</p><p>EMPUXO (N)</p><p>Densidade do Líquido (kg/m3) X volume (m3) X g (m/s2)</p><p>115,08 2,6 157,41</p><p>EMPUXO (N) (peso real) – (peso aparente) 0,16 0,22 0,14</p><p>EMPUXO (N)</p><p>Densidade do Líquido (kg/m3) X volume (m3) X g (m/s2)</p><p>91,84 2,08 125,61</p><p>EMPUXO (N) (peso real) – (peso aparente) 0,12 0,20 0,12</p><p>4 QUESTIONÁRIO</p><p>1 – Baseado nos dados experimentais obtidos, qual a massa em quilogramas</p><p>de: a) Um m3de água.</p><p>densidade = massa/ volume</p><p>990 = m/1m³</p><p>m = 990kg</p><p>b) Um m3de álcool.</p><p>790 = m/1m³</p><p>m = 790kg</p><p>2 – Que conclusão podemos tirar dos resultados da Tabela 2.2.</p><p>que a diferença de densidade vai determinar o que flutua ou afunda nos líquidos</p><p>3 – Gelo é água no estado sólido. Por que o gelo flutua na água?</p><p>Ele flutua devido à mudança de fase da água para gelo, que ocorre quando a água perde</p><p>calor. Durante esse processo, o volume da água aumenta devido à sua propriedade anômala,</p><p>resultando em uma diminuição de densidade. Como o volume é inversamente proporcional</p><p>à densidade, a densidade do gelo torna-se menor que a da água, levando-o a flutuar.</p><p>4 – Uma esfera maciça de chumbo flutua no mercúrio? Justifique.</p><p>Sim. Por causa da diferença de densidades, a densidade do chumbo é aproximadamente</p><p>11.300 kg/m³ e a densidade do mercúrio é mais ou menos 13.600 kg/m³, respeitando o</p><p>princípio de densidade relativa, o objeto, com menor densidade do que o fluido, flutua.</p><p>5 – Um objeto metálico, totalmente mergulhado em água, sofre um empuxo de 50 N.</p><p>Baseado nos dados obtidos nessa prática, qual o valor do empuxo que esse objeto sofreria</p><p>totalmente mergulhado no álcool?</p><p>5</p><p>E = densidade do líquido x volume do objeto x gravidade</p><p>50 = 990 x V x 9,81</p><p>V = 0,0051</p><p>6 – Como a massa específica do líquido influi no empuxo?</p><p>A massa específica do líquido é fundamentalmente incorporada na equação do empuxo. O</p><p>empuxo é a força resultante que age sobre objetos imersos em fluidos; sua magnitude é</p><p>determinada pela massa do fluido deslocado multiplicada pela aceleração gravitacional. Para</p><p>calcular essa massa, é essencial conhecer a densidade do fluido e o volume deslocado, cujo</p><p>produto resulta na massa. Assim, a equação do empuxo é expressa como E = ρ * V * g.</p><p>7 – Uma aliança de “ouro” tem volume de 0,58 cm3. Sabendo-se que a aliança tem uma</p><p>massa de 9,5 g, podemos dizer que a aliança é de ouro puro? A massa específica do ouro é</p><p>19,3 g/cm3</p><p>D = m/V</p><p>D = 9,5/0,58</p><p>D = 16,38 g/cm³</p><p>A densidade calculada da aliança é menor do que a densidade do ouro puro (19,3 g/cm³).</p><p>Portanto, podemos concluir que a aliança não é de ouro puro. Pode conter outros materiais</p><p>ou pode ser uma liga de ouro com outros metais.</p><p>8 – (a) Um cubo de gelo está flutuando em um copo de água a 0 oC. Quando o gelo fundir, o</p><p>nível da água no copo subirá? Explique. (b) Se o cubo de gelo contém um pedaço de</p><p>chumbo no seu interior, o nível da água no copo baixará quando o gelo fundir? Explique.</p><p>(a) Sim. A densidade do gelo é menor que a da água, conforme a fórmula da densidade.</p><p>Mantendo a massa constante e alterando a densidade, o volume de água resultante após a</p><p>fusão será maior que o do gelo, levando ao aumento do nível da água.</p><p>(b) Sim. Quando o gelo se fundir, o chumbo se depositará no fundo do recipiente devido à</p><p>sua alta massa, mas baixo volume. Com sua densidade muito maior que a da água, é</p><p>provável que o volume de água diminua.</p><p>6</p><p>9 – Um estudante tem 72,0 kg de massa. (a) Supondo que seu volume seja 0,075 m3, qual é</p><p>o empuxo sobre o estudante devido ao ar? (b) Qual é o peso aparente</p><p>em kgf que o mesmo</p><p>obtém ao se pesar? (A massa específica do ar é 1,3 kg/m3)</p><p>E = D. V . g</p><p>E = 1,3 x 0,075 x 9,81</p><p>E = 0,96N</p><p>P’ = P - E</p><p>P’= (72 x 9,81) - 0,96</p><p>P’ = 705,36 N</p><p>10 – O estudante da questão anterior flutuaria na água? Justifique.</p><p>(Se necessário, utilize a massa específica da água obtida nesta prática)</p><p>E = D. V . g</p><p>E = 990 . 0,075 . 9,81</p><p>E = 728,39</p><p>Flutuaria. Pois o empuxo da água seria maior que seu peso.</p><p>CONCLUSÃO</p><p>Os resultados obtidos foram analisados em conjunto e comparados com valores</p><p>teóricos conhecidos. Quaisquer discrepâncias foram discutidas em relação à precisão das</p><p>medições, possíveis fontes de erro e melhorias para experimentos futuros.</p><p>Concluímos que o experimento foi bem-sucedido em demonstrar a determinação da</p><p>massa específica (densidade) de líquidos e de sólidos utilizando técnicas de medição em</p><p>laboratório, bem como a determinação de seus pesos aparentes e os empuxos realizados</p><p>pelos líquidos. A experiência proporcionou uma compreensão prática dos conceitos</p><p>estudados e destacou a importância da precisão e cuidado nas medições realizadas em</p><p>ambientes laboratoriais.</p><p>7</p>