Baixe Relatório fisica experimental UFCG e outras Trabalhos em PDF para Física Experimental, somente na Docsity! UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA UNIDADE ACADÊMICA DE FÍSICA Relatório Física Experimental I Experimento 06: Princípio de Arquimedes - Empuxo Professor: Wilton Pereira da Silva Aluno: João Pedro Juchum Chagas Turma: 01 Matrícula: 120110783 Data de realização do experimento: 29/04/2021 Campina Grande - PB 2021 1. Introdução O presente relatório trará os métodos, procedimentos e resultados provenientes do experimento “Princípio de Arquimedes: Empuxo”, realizado na disciplina de “Física Experimental I” - Turma 01, ministrada pelo Prof. Wilton Pereira, no modelo Ensino a distância (EAD), na Universidade Federal de Campina Grande (UFCG). 1.1 Objetivo Determinar experimentalmente o empuxo exercido pela água de um recipiente sobre um corpo de forma cilíndrica. Comparar o valor experimental do empuxo com o valor experimental do empuxo com o valor previsto pela teoria. 1.2 Material Utilizado ● Bandeja ● Massas padronizadas ● Balança ● Paquímetro ● Cilindro metálico ● Copo com água ● Linha de nylon ● Cordão ● Suporte fixo 1.3 Montagem Figura 1: Ilustração do esquema de montagem 2 Portanto, podemos determinar que o valor experimental do empuxo é: (I)𝐸 = 𝑃 𝐶 − 𝑃 𝑎𝐶 Contudo, a fórmula (I), não é o suficiente para descrever a força de empuxo, haja vista, depende de outras duas forças diretamente. Para um melhor estudo de caso, foi desenhado outro diagrama de corpo livre, agora mais detalhado, como observado a seguir: Figura 6: Diagrama de forças no cilindro O empuxo é uma força que “empurra” um objeto submerso para cima. Isso se dá devido a diferença de forças que atuam em um objeto submerso em um fluido, tendo em vista que, a pressão exercida por um fluido é dada por: (II)𝑃 = ρ . 𝑔 . ℎ Logo, a pressão depende é diretamente proporcional à profundidade ℎ de imersão no fluido. Observando a Figura 6, é perceptível que a base do cilindro está em uma maior profundidade se comparado ao topo, logo, a pressão exercida na base é maior que a do topo, isso implica em um vetor força resultante, que empurra o objeto submerso para cima, e é justamente essa força que denominamos empuxo. Podemos então afirmar que o empuxo é o vetor força resultante da diferença das forças de pressões exercidas na base e no topo do objeto. Essa relação pode ser dada como: 5 (III)𝐸 = 𝐹 𝑏𝑎𝑠𝑒 − 𝐹 𝑡𝑜𝑝𝑜 Sabendo disso podemos deduzir uma fórmula teórica para empuxo, sabendo que a pressão é a relação de uma força sob uma área, temos: (IV)𝑃 = 𝐹/𝐴 Para o topo temos: 𝑃 𝑡𝑜𝑝𝑜 = 𝐹 𝑡𝑜𝑝𝑜 /𝐴 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 = ρ . 𝑔 . ℎ 𝑡𝑜𝑝𝑜 (V) 𝐹 𝑡𝑜𝑝𝑜 = ρ . 𝑔 . ℎ 𝑡𝑜𝑝𝑜 . 𝐴 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 Já para a base temos 𝑃 𝑏𝑎𝑠𝑒 = 𝐹 𝑏𝑎𝑠𝑒 /𝐴 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 = ρ . 𝑔 . ℎ 𝑏𝑎𝑠𝑒 (VI) 𝐹 𝑏𝑎𝑠𝑒 = ρ . 𝑔 . ℎ 𝑏𝑎𝑠𝑒 . 𝐴 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 Relacionando as fórmulas acima, com a fórmula (III) do empuxo, temos que: 𝐸 = ρ . 𝑔 . ℎ 𝑏𝑎𝑠𝑒 . 𝐴 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 − ρ . 𝑔 . ℎ 𝑡𝑜𝑝𝑜 . 𝐴 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 Isolando os fatores comuns temos: 𝐸 = ρ . 𝑔 . (ℎ 𝑏𝑎𝑠𝑒 − ℎ 𝑡𝑜𝑝𝑜 ) . 𝐴 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 Sabendo que a diferença da profundidade da base de um objeto e da profundidade do topo é justamente o comprimento desse objetos temos que:𝐿 𝐸 = ρ . 𝑔 . 𝐿 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 . 𝐴 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 Note que chegamos ao produto do comprimento pela área de um objeto, ou seja, o volume desse objeto, portanto o valor do empuxo teórico pode ser dado por: (VII)𝐸 = ρ . 𝑔 . 𝑉 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 6 O passo seguinte do experimento foi calcular o empuxo experimental ,𝐸 𝑒𝑥𝑝 usando a expressão (I) e usando os valores para o peso aparente e o peso real , obtidos anteriormente, temos𝑃 𝑎𝐶 = 104. 566 𝑑𝑦𝑛 𝑃 𝑐 = 120. 148 𝑑𝑦𝑛 que: ● 𝐸 𝑒𝑥𝑝 = 15. 582 𝑑𝑦𝑛 Em seguida foi calculado o empuxo utilizando a expressão (VII), a fim de fazer comparações com o resultado obtido de forma experimental. ● 𝐸 𝑡𝑒𝑜 = 15. 328 𝑑𝑦𝑛 Considerando o valor teórico isento de erros, foi calculado o erro percentual associado ao valor experimental. ● 𝐸 𝑝 = 1, 7 % 3. Conclusões No decorrer do experimento encontramos a expressão teórica do empuxo, a partir dela podemos afirmar que o empuxo é a relação entre a densidade do fluido em que o objeto está submerso, a gravidade do local e o volume submerso do objeto, no caso do experimento, o volume total do cilindro. Portanto, podemos concluir que o empuxo não depende da profundidade em que se encontra. A partir da conclusão anterior, podemos afirmar que o empuxo será igual ao volume do fluido deslocado que é justamente igual ao volume do objeto submerso. Segundo o “Princípio de Arquimedes”: Todo corpo mergulhado em um fluido (líquido ou gás) sofre, por parte do fluido, uma força vertical para cima, cuja intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo. Sabendo que a densidade é dada por , encontramos que aρ = 𝑚 / 𝑉 densidade do cilindro é aproximadamente , ou seja, a partir da densidade7, 8 𝑔/𝑐𝑚3 podemos dizer que o cilindro é de ferro. Podemos atrelar o fato de um objeto flutuar ou afundar ao empuxo, e como sabemos, um dos fatores que influenciam o empuxo é a densidade envolvida no sistema. Portanto, se soltássemos o cilindro em mercúrio, podemos concluir que devido a densidade do mercúrio ser e a densidade do ferro ser deρ 𝐻𝑔 = 13, 6 𝑔/𝑐𝑚3 7

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