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Física Experimental I
Tipologia: Notas de estudo
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Aluno: Paulo Guilherme S. de Góes 21011767
Professor: Wilton Pereira da Silva Turma: 02
Campina Grande – PB 12 de Novembro de 2010
Contam os livros, que o sábio grego Arquimedes (282-212 AC) descobriu, enquanto tomava banho, que um corpo imerso na água se torna mais leve devido a uma força, exercida pelo líquido sobre o corpo, vertical e para cima, que alivia o peso do corpo. Essa força, do líquido sobre o corpo, é denominada empuxo ( ).
Portanto, num corpo que se encontra imerso em um líquido, agem duas forças: a força peso ( ) , devida à interação com o campo gravitacinal
terrestre, e a força de empuxo ( ) , devida à sua interação com o líquido.
se d (^) c > df , o corpo desce em movimento acelerado (FR = P – E);
se dc < df , o corpo sobe em movimento acelerado (F (^) R = E – P);
se d (^) c = df , o corpo encontra-se em equilíbrio.
Quando um corpo mais denso que um líquido é totalmente imerso nesse líquido, observamos que o valor do seu peso, dentro desse líquido , é aparentemente menor do que no ar. A diferença entre o valor do peso real e do peso aparente corresponde ao empuxo exercido pelo líquido:
Este experimento tem como principal objetivo determinar o empuxo exercido pela água sobre um corpo de forma cilíndrica. Comparar o valor experimental com o valor teórico.
Tendo encontrado o Corpo Básico já armado na posição horizontal de trabalho, o Suporte para Suspensões Diversas já conectado na Trava Horizontal, o eixo da Manivela já introduzido nos orifícios superiores das Travas Verticais e a Balança já se movendo na direção vertical quando girada a Manivela, meça e anote, então, o peso da Bandeja.
Diagrama de corpo livre para o cilindro imerso no líquido:
A partir do diagrama podemos determinar as expressões literais para as forças exercidas pelo líquido sobre as seções reta superior e inferior do Cilindro, de profundidade h 1 e h 2 (como mostra o diagrama acima), respectivamente. Sabemos que a pressão é dada por:
Da definição de pressão temos:
Analisando a expressão geral obtida para o Empuxo, , e lembrando que , podemos escrever o empuxo como sendo:
ou seja, o empuxo é igual ao peso do volume do líquido deslocado.
Se o cilindro só tivesse sido mergulhado parcialmente em água, a expressão teórica para o empuxo é: o produto da densidade da água,gravidade e apenas o volume parcial do cilindro submerso na água.
Comparando agora o resultado obtido com os valores tabelados das densidades das substâncias, veremos que o valor mais próximo do encontrado é , que é a densidade do ferro. Considerando os erros obtidos no experimentos, podemos concluir que o Cilindro Metálico é feito de ferro.
Sabendo agora a densidade do Cilindro e o material do qual ele é feito, podemos saber o quanto o cilindro submerge quando mergulhado em determinadas substâncias. No mercúrio, por exemplo, cuja densidade é igual a , faríamos:
ou seja, apenas parte do cilindro ficará imerso no mercúrio.
É importante lembrar que todo experimento que utiliza a Balança pode ser melhorado medindo o peso nos dois “braços” da mesma, mede-se em um prato e depois mede-se o peso do mesmo objeto no outro prato, se tivéssemos agido dessa maneira, poderíamos ter diminuído o erro percentual encontrado do empuxo experimental em relação ao teórico.
Podemos concluir, ainda, com esse experimento que o empuxo não depende da profundidade, basta olharmos a expressão encontrada para o empuxo.
É possível ainda, generalizarmos a fórmula do empuxo para os gases, já que empuxo ocorre nos fluidos (tanto líquidos quanto gases), para isso, basta usarmos a densidade do ar em vez da do líquido, ou seja:
É por causa do empuxo que um balão consegue flutuar no ar, por exemplo. Como a densidade total do balão é menor que a do ar, o empuxo que o ar exerce sobre o balão é maior que o seu peso, o que faz com que ele suba.
