APS FINAL- Física 2

Prévia do material em texto

Área de Inovação e Tecnologia – Experimentação 
 
1 
 
Submarino Na Garrafa 
 
Gabriel Reginatto Freitas mat: 0235046 
Kelvin Muller Minhos mat: 0234860 
Micael Salvador mat: 0235064 
 
Andréa Timm 
 
20 de Novembro de 2017 
 
1. Objetivos 
- Aplicar os conceitos teóricos do Princípio de Pascal e Arquimedes na prática; 
- Exemplificar movimentações (submersões e emersões) de um submarino. 
 
2. Introdução Teórica 
2.1 Princípio de Pascal 
Blaise Pascal (1623-1662) foi um físico, matemático, filósofo moralista e teólogo francês. Na 
área da física, estudou a mecânica dos fluidos, e esclareceu os conceitos de pressão e vácuo, 
ampliando o trabalho de Evangelista Torricelli. Nesta mecânica dos fluidos, esclareceu finalmente os 
princípios barométricos, da prensa hidráulica e da transmissibilidade de pressões, fazendo com esse 
princípio fosse chamado pelo seu nome. [1]. 
Ao apertar um tubo de dentifrício, seu conteúdo flui para fora pela abertura da parte superior 
do tubo. Esta situação demostra a aplicação do princípio de Pascal. Quando a pressão é aplicada em 
qualquer região do tubo, ela é sentida em todos os pontos do interior do tubo e força seu conteúdo a 
sair pela abertura. Este é o princípio de Pascal, que foi pela primeira vez estabelecida por Blaise 
Pascal em 1652. [2]. 
“A pressão aplicada a um fluido enclausurado é transmitida sem atenuação a cada parte do 
fluido e para as paredes do reservatório que o contém.” 
Assim, se for aumentada a pressão externa sobre uma determinada região do fluido, de uma 
quantidade  p, o mesmo aumento na pressão será sentido em todos os pontos do fluido. 
 
P  Pext  .g.h 
Em que: 
P = pressão; 
Pext = pressão externa; 
 ρ = massa específica do fluido; 
 g = aceleração da gravidade; 
 h = altura; 
 
 2.2 Princípio de Arquimedes 
Arquimedes (287 a.c.-212 a.c.) foi um importante cientista, inventor e matemático grego. Fez 
grandes descobertas e invenções como, por exemplo, o parafuso, a roldana e as rodas dentadas. O 
mais famoso trabalho seu foi a determinação do princípio da hidrostática, que leva seu nome. [3]. 
Este princípio indica que todo o corpo imerso, total ou parcialmente, em um fluído, fica sob 
a ação de uma força vertical de baixo para cima, aplicada pelo fluído; esta força é denominada 
empuxo. 
Área de Inovação e Tecnologia – Experimentação 
 
2 
 
O empuxo é a existência da ação de várias forças sobre um corpo mergulhado em um 
determinado líquido. Cada força tem um módulo diferente, e a resultante delas não é nula. A resultante 
de todas essas forças está dirigida para cima e é exatamente esta resultante que representa a ação do 
empuxo sobre o corpo. 
A pressão exercida sobre um objeto submerso pelo fluido em suas vizinhanças certamente 
não pode depender do material do qual o objeto é feito. Como exemplo, se está fazendo um teste com 
um saco de água e substituir por um pedaço de madeira com dimensões e formas idênticas, a força 
de sustentação não será modificada. A força direcionada para cima será, ainda, igual ao peso do 
volume original de água. Esta constatação leva ao princípio de Arquimedes: 
Um corpo total ou parcialmente imerso em um fluido é sustentado por uma força cuja 
intensidade (E) é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo. [2]. 
 
E  P(fluido) E  ( fluido).g.V 
 
Em que: 
E = empuxo; 
P (fluido) = peso do fluido deslocado; 
g = aceleração da gravidade; 
V = volume da porção do fluido deslocado; 
ρ (fluido) = massa específica do fluido. 
 
Se um corpo tem seu peso “aliviado”, quando mergulhado num líquido, isso significa que 
aparentemente ele pesa menos. 
 
Pap  P  E P  c.Vc.g 
 
Com isso, distinguem-se três casos no equilíbrio de corpos imersos e flutuantes: 
1° caso: O peso é maior que o empuxo (P > E). 
Neste caso o corpo descerá com aceleração constante (condições ideais). Verificando-se as 
expressões de P e E, conclui-se que isso acontecerá se a massa específica do corpo for maior que a 
massa específica do líquido. [4]. 
2° caso: O peso é menor que o empuxo (Pé comprimida, a pressão da água aumenta. Este acréscimo de pressão se 
transmite a todo o fluido confinado (lei de Pascal). Como volume de ar no interior da tampa diminui 
de tamanho, proporcionando a entrada de água, o valor da força de empuxo também diminui, pois o 
empuxo só depende do volume de líquido deslocado. Neste momento a força peso se torna maior que 
o empuxo, fazendo com que o objeto venha de afundar (Fig.5). Soltando a garrafa, a pressão diminui 
e o volume da bolha no interior da tampa se torna maior, aumentando o valor do empuxo. Isto faz 
com que o objeto flutue novamente. [5]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: sou mais enem. [6]. 
 
No instante em que o submarino flutua se dá devido à força peso ser igual á força de empuxo, 
comprovado pelo estudo de Arquimedes. Toda vez que exercíamos uma força externa, uma pressão 
era adicionada ao conjunto, somando-se a força peso do submarino, tornando-o maior a força de 
empuxo. 
Notou-se que com a substituição da massa, colocando um volume maior, foi possível verificar 
uma maior facilidade na submersão do objeto. 
5. Conclusão 
Após executado experimento e previamente analisado, juntamente com estudo dos conceitos 
teóricos de Princípio de Pascal e Arquimedes, obtivemos os conhecimentos sobre pressão, volume, 
densidade, e atuações das forças em torno do conjunto, podendo verificar a veracidade dos estudos 
feitos de forma objetiva. 
No ensaio, adquirimos resultados satisfatórios, entendendo como as forças atuavam sobre o 
submarino, modificando sua posição original. Todavia poderíamos ter alcançado resultados precisos 
através de cálculos, evidenciando o estudo teórico abordado durante a experimentação realizada. 
A verificação dos cálculos não foi possível devido à ausência de informações primordiais para 
execução dos mesmos, como por exemplo: volume do corpo, volume deslocado e massa específica 
do conjunto (tampa juntamente da esfera de massa de modelar). Essas informações nos impediram 
de obter as forças que atuavam sobre a garrafa e o submarino. 
É importante ressaltar que apesar de sabermos que a tampa da caneta se tratava de um cone e 
a massa de modelar uma esfera, não conseguimos determinar, nos cálculos, o volume do corpo. 
Apesar de conseguirmos medir o peso deste conjunto (tampa e esfera), os valores encontrados, foram 
Área de Inovação e Tecnologia – Experimentação 
 
6 
 
diferentes do esperado, devido erros de medições e ausência de informações, impedindo a descoberta 
da massa específica deste conjunto. 
Devido à inexistência de equipamentos precisos e com estas carências de dados, a 
determinação da quantidade de força utilizada e necessária para a movimentação do submarino, 
tornou-se impossível, de certa forma. 
Com tudo, concluímos através da prática que o experimento foi executado de forma correta e 
todos os objetivos foram alcançados, mesmo sem a determinação das forças, foi possível visualizar a 
existência delas em torno do objeto. 
 
6. Referências Bibliográficas 
1.BIOGRAFIA E CURIOSIDADE. Biografia de Blaise Pascal. Disponível em 
www.biografiaecuriosidade.blogspot.com.br/2012/08/biografia-de-blaise-pascal.html. Acesso em 
19/11/2017. 
2.RESNICK, Robert; HALLIDAY, David; KENNETH, Krane; Física 2. 5ª Edição, Editora LTC, Rio 
de Janeiro, 2017. 
3.SUA PESQUISA. Arquimedes. Disponível em www.suapesquisa.com/pesquisa/arquimedes.htm. 
Acesso em 19/11/2017. 
4.BONJORNO, Regina Azenha; BONJORNO, José Roberto; BONJORNO, Valter; RAMOS, Clinton 
Marcico; Física Completa. 2ª Edição, Editora FTD S.A, São Paulo, 2001. 
5.SILVA, Douglas Soares da; Princípio de Arquimedes: uma demostração de qualidade e 
quantitativa. Disponível em www.ifi.unicamp.br/~assis/Douglas-Soares-da-Silva(2006). Acesso 
em 19/11/2017. 
6.SOU MAIS ENEM. Hidrostática: Pressão, densidade e massa específica. Disponível em 
www.soumaisenem.com.br/fisica/o-movimento-o-equlibrio-e-descoberta-de-leis-fisicas. Acesso 
em 19/11/2017.