Determinação da Densidade de Fluidos: Um Experimento com Butanol e Óleo | Trabalhos Mecânica dos fluidos

Determinação da densidade do fluido

Disciplina de Física Experimental 2

02/09/2022

Gabriel Sampaio, Julia Damiao, Sabrina Lika

Resumo: A densidade de um fluido é uma propriedade específica, em outras palavras,

traduz que, cada substância possui a sua exclusiva, a qual a identifica e a diferencia de

outras. Desta maneira, a prática estudada tem como objetivo determinar a densidade

desconhecida de dois fluidos, o butanol e o óleo de milho. Substâncias individualmente

testadas são adicionadas em pequenas quantidades por vez na água já previamente

acrescentada em tubos em “u”. Tal equipamento permite visualizar o crescimento das

colunas dos fluidos medidas com uso da régua. Os valores coletados são aplicados na

equação hidrostática e com a média dos dados foi-se comparado ao encontrado nas obras

literárias resultando em erros abaixo de 2%.

Palavras chave: tubo, água, óleo, butanol, hidrostática, fluidos, densidade.

Introdução

A mecânica dos fluidos trata do

comportamento dos fluidos em repouso

ou em movimento e das leis que regem

este comportamento [1]. Nesse mesmo

viés, Young e Freedman (2008) definem

fluido como qualquer substância que pode

fluir, seja ele um gás ou um líquido, algo

quase incompressível apesar de existirem

exceções.

Assim, denomina-se hidrostática

este estudo dos fluidos em repouso cujos

conceitos são abordados neste

experimento. Ademais, outro conceito

importante é o de massa específica,

conhecido como densidade, esta

grandeza é a razão entre massa em um

determinado volume, e neste caso, dois

fluidos os quais serão analisados.

Os fluidos investigados são o

butanol e o óleo, os quais serão os

objetos de estudo cuja presente atividade

se dedica a descoberta de suas massas

específicas. Assim sendo, massa

específica. Nesta óptica, a prática em

laboratório é realizada por meio da adição

destas substâncias em tubos em formato

de “u” contendo água, para assim, coletar-

se dois conjuntos de dados. Cada qual,

com 18 valores totais recolhidos com uso

da régua, estes, registrados em tabelas

para melhor visualização.

Para o próximo passo depois da

coleta, introduzimos os valores nas

equações hidrostáticas, que resultam em

densidades específicas por cada par

numérico (x,y) encontrado. Calculam-se

as médias das densidades e é obtido

outro conjunto de dados que conduzem a

resultados que serão comparados e

discutidos mais adiante.

Procedimento Experimental

Neste experimento são utilizados

dois tubos em forma de “U”; cada um em

um suporte metálico, duas pipetas, uma

régua e fluidos de diferentes densidades,

água (com corante azul), butanol (com

corante vermelho) e óleo de cozinha (sem

corante). Estes fluidos, armazenados

respectivamente em: uma pisseta, béquer

e outro béquer.

Após a montagem e nivelamento

do equipamento, escolhe-se uma das

bocas do tubo e acrescenta-se água até

atingir entre 7 e 10 cm com auxílio da

régua, esta, posicionada com o 0 cm na

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Determinação da densidade do fluido Disciplina de Física Experimental 2 02/09/ Gabriel Sampaio, Julia Damiao, Sabrina Lika Resumo: A densidade de um fluido é uma propriedade específica, em outras palavras, traduz que, cada substância possui a sua exclusiva, a qual a identifica e a diferencia de outras. Desta maneira, a prática estudada tem como objetivo determinar a densidade desconhecida de dois fluidos, o butanol e o óleo de milho. Substâncias individualmente testadas são adicionadas em pequenas quantidades por vez na água já previamente acrescentada em tubos em “u”. Tal equipamento permite visualizar o crescimento das colunas dos fluidos medidas com uso da régua. Os valores coletados são aplicados na equação hidrostática e com a média dos dados foi-se comparado ao encontrado nas obras literárias resultando em erros abaixo de 2%. Palavras chave: tubo, água, óleo, butanol, hidrostática, fluidos, densidade. Introdução A mecânica dos fluidos trata do comportamento dos fluidos em repouso ou em movimento e das leis que regem este comportamento [1]. Nesse mesmo viés, Young e Freedman (2008) definem fluido como qualquer substância que pode fluir, seja ele um gás ou um líquido, algo quase incompressível apesar de existirem exceções. Assim, denomina-se hidrostática este estudo dos fluidos em repouso cujos conceitos são abordados neste experimento. Ademais, outro conceito importante é o de massa específica, conhecido como densidade, esta grandeza é a razão entre massa em um determinado volume, e neste caso, dois fluidos os quais serão analisados. Os fluidos investigados são o butanol e o óleo, os quais serão os objetos de estudo cuja presente atividade se dedica a descoberta de suas massas específicas. Assim sendo, massa específica. Nesta óptica, a prática em laboratório é realizada por meio da adição destas substâncias em tubos em formato de “u” contendo água, para assim, coletar- se dois conjuntos de dados. Cada qual, com 18 valores totais recolhidos com uso da régua, estes, registrados em tabelas para melhor visualização. Para o próximo passo depois da coleta, introduzimos os valores nas equações hidrostáticas, que resultam em densidades específicas por cada par numérico (x,y) encontrado. Calculam-se as médias das densidades e é obtido outro conjunto de dados que conduzem a resultados que serão comparados e discutidos mais adiante. Procedimento Experimental Neste experimento são utilizados dois tubos em forma de “U”; cada um em um suporte metálico, duas pipetas, uma régua e fluidos de diferentes densidades, água (com corante azul), butanol (com corante vermelho) e óleo de cozinha (sem corante). Estes fluidos, armazenados respectivamente em: uma pisseta, béquer e outro béquer. Após a montagem e nivelamento do equipamento, escolhe-se uma das bocas do tubo e acrescenta-se água até atingir entre 7 e 10 cm com auxílio da régua, esta, posicionada com o 0 cm na

base do tubo como a figura abaixo bem ilustra. Fig. 1: Diagrama ilustrativo e sem escala para medição dos primeiros dados experimentais. Fonte: Autoria própria Em seguida, acrescenta-se pela outra boca, o butanol recolhido com a pipeta. Acrescentam-se gotas até atingir em média 3 cm. Por conseguinte, mede- se a altura da coluna de água “x” e a altura da coluna de butanol “y”, conforme a ilustração abaixo: Fig. 2: Diagrama de alturas em relação a um eixo comum para os líquidos utilizados. Fonte: Autoria própria Assim, adiciona-se aos poucos o butanol e repetindo o procedimento de medição de ambas as colunas anotando- se os dados coletados em uma tabela. São recolhidos 18 no total para o fluido 1 (água + butanol). O mesmo é reproduzido em outro tubo para o fluido 2 (água + óleo), este é nivelado, e se acrescenta água na mesma medida anterior, depois, com uso da pisseta é recolhido o óleo e repete-se o procedimento até que sejam recolhidas 18 medidas. Procedimento de Cálculo Para realizar os cálculos usa-se a equação hidrostática (1), para obtenção das densidades, do fluido 1 e fluido 2 para cada par de medidas x e y encontradas.

Pa = P 0 + ρx gh y = Pb = P 0 + ρy ghy (1)

Onde Pa é a pressão acima do

ponto a e Pb é acima do ponto b, P 0 é a

pressão atmosférica, g é a força

gravitacional da Terra e, por último hx e h^ y

são a altura do líquido acima do ponto a e altura do líquido acima do ponto b respectivamente. Ao reescrever a equação 1, obtemos:

Px

P y

h y

hx

Seguidamente, é feita a média das 9 densidades do fluido 1 obtidas com a equação anterior e anotadas na tabela 1. É feito o mesmo com as densidades do fluido 2. Resultados e Discussão Para determinar a densidade do fluído é utilizada a fórmula (2), aplicada para cada acréscimo do fluido 1 ou 2, que resultou em um par (x,y), obtendo-se a coluna “Densidade do fluido” na tabela 1 e 2 abaixo. FLUIDO 1

x (cm) y (cm)

Densidade do fluido

(kg/m^3 )

Tabela 1: Dados experimentais coletados do fluído 1 e densidade calculada FLUIDO 2

x (cm) y (cm) Densidade

do fluido

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