Relatório de aula prática sobre empuxo

[pic 1]

Associação Beneficente da Indústria Carbonífera de Santa Catarina - SATC Professora: Aline Cipriano

Disciplina: Física II

RELATÓRIO ATIVIDADE PRÁTICA - EMPUXO

Alunos:

1. Ana Carolina Junkoscki
2. Cauan Manenti
3. José Henrique Gomes
4. Letícia Rufino
5. Vinicius Andara
6. Vinicius Cerutti

Introdução:

Quando um corpo é imerso em um fluido, ele experimenta uma força vertical para cima chamada empuxo, onde o módulo é igual ao peso do fluido deslocado. Esse princípio, atribuído a Arquimedes, permite relacionar a perda aparente de peso de um objeto submerso ao volume de líquido que ele desloca.

O empuxo pode ser utilizado para determinar propriedades físicas de materiais. A densidade de um objeto, por exemplo, é apresentada através da divisão entre sua massa e o volume deslocado. No caso de ligas metálicas, a densidade resultante depende das proporções dos metais constituintes.

Esta atividade prática teve como objetivo aplicar os conceitos aprendidos por meio de um experimento relacionando o empuxo, o volume deslocado e a densidade da liga para estimar os percentuais de cobre e zinco nos discos analisados.

Materiais e Métodos:

Iniciamos o experimento pesando os cilindros de latão com um dinamômetro, tanto dentro quanto fora da água. Em seguida, utilizamos uma balança com um béquer contendo água e observamos a variação do peso ao inserir os cilindros no recipiente. Verificou-se que o peso indicado pela balança aumentava quando os cilindros eram colocados na água, enquanto o dinamômetro registra uma redução no peso aparente devido à força exercida pela água em sentido contrário ao peso do objeto.

[pic 2]

Resultados:

Após realizar os procedimentos conforme as orientações da aula, obtemos os seguintes valores referentes ao dinamômetro, apresentados na Tabela 1, e em relação a balança, apresentados na Tabela 2.

Tabela 1 – Aferições do dinamômetro

Condição	F1 (N)	F2 (N)	F3 (N)	Média
Medição do dinamômetro com disco fora d’água	1,56	1,56	1,58	1,567
Medição do dinamômetro com disco dentro d’água	1,38	1,4	1,42	1,4

ΔF

0,18

0,16

0,16

0,167

Tabela 2 – Aferições da balança

Condição	P1 (g)	P2 (g)	P3 (g)	Média
Deslocamento do peso da balança quando adiciona os discos	18	19	19	18,67

Para localizar o valor de empuxo, primeiro é necessário saber o valor do volume de água deslocado pelo disco quando colocamos ele na água, o que pode ser feito através de:

 𝑚[pic 3]

𝑉

Onde: ρ, é a massa específica (kg/m³); m, é a massa (kg);

V, é o volume (m³).

Conhecendo a densidade da água como 10³ Kg/m³, e transformando o peso médio de gramas para quilos, temos que o volume é:

[pic 4]

E então, encontrado o volume, se calcula o empuxo com a seguinte equação:

𝐸 = ρ        * 𝑔 * 𝑉

á𝑔𝑢𝑎

Onde: E, é o empuxo (N); G, é a gravidade (m/s²);

Substituindo os valores na fórmula obtemos que o empuxo exercido pela água nos discos é de aproximadamente 0,182N.

𝐸 = 1000 * 9, 81 * 1, 857 * 10−5 ≅ 0, 18

Para calcular a porcentagem de zinco e cobre, é necessário saber a densidade do latão, obtida através da divisão da massa dos discos pelo seu volume. O princípio de Arquimedes afirma que o volume deslocado de água é igual ao volume do objeto mergulhado, neste caso o disco. Por tanto, é necessário apenas obter ainda a massa dos discos, que pode ser conhecida utilizando:

𝐹 = 𝑚 * 𝑔

Onde: F, é a força (N).

Utilizando a média de força medida pelo dinamômetro fora da água, temos que a massa dos discos é:

[pic 5]

E então, calcula-se a densidade do latão:

[pic 6]

Agora que temos a densidade calculada do latão, que se aproxima da densidade real (8,4 g/cm³), encontramos a porcentagem utilizando os valores informados sobre a densidade do cobre (8,93 g/cm³) e do zinco (7,14 g/cm³).

A densidade do latão é igual à soma das densidades dos outros dois metais. Por isso:

[pic 7]

Porém não há informação ou dados sobre a massa dos metais separadamente, então substituímos por um equivalente de m.

𝑚 = ρ * 𝑉

[pic 8]

Como também não há dados sobre o volume de cada elemento, temos que substituir essa incógnita. O volume individual dos elementos pode ser substituído da seguinte forma:

[pic 9]

Onde: x, é a fração da porcentagem em decimal de cada elemento. Então agora, o volume do cobre é:

𝑉        = 18, 67 * 𝑥

𝑐𝑢

E o zinco, é a diferença do total e do cobre, logo:

𝑉        = 18, 67 * (1 − 𝑥)

𝑧𝑛

Agora substitui os valores conhecidos, incluindo o volume total encontrado anteriormente (que convertido de m³ se transforma em 18,67 cm³) e resolvemos a equação para adquirir a porcentagem de cobre.