Relatório sobre hidrostática - Mecânica dos fluidos
DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL
PROFESSOR: BRUNO CÉSAR TUTOR: JOSEMBERTO COSTA
TUTOR JOSEMBERTO COSTA
ALUNA: LEILANY CAMPOS BARRETO
MATRICÚLA: 91011111
ATIVIDADE 08
“HIDROSTATICA”
Pombal, 2012
EPIGRAFE
“(...) aqueles que afirmam descobrir tudo, mas não produzem provas de suas afirmações, podem estar enganados fingindo descobrir o impossível”. (Arquimedes)
MECANICA DOS FLUIDOS
Leilany Campos Barreto
RESUMO
A Hidrostática tem sua origem nos estudos de Arquimedes (287ª. C. -212 a. C.) sobre a mecânica dos fluidos.
Deram contribuições a esse assunto os cientistas Torricelli (1608-1647), Stevin (1548-1620), Pascal (1623-1662), entre outros.
Hidrostática é o ramo da Física que estuda a força exercida por e sobre líquidos em repouso. Este nome faz referência ao primeiro fluido estudado, a água, é por isso que, por razões históricas, mantém-se esse nome. Pois esse Fluido é uma substância que pode escoar facilmente, não tem forma própria e tem a capacidade de mudar de forma ao ser submetido à ação e pequenas forças. A palavra fluido pode designar tanto líquidos quanto gases.
Nosso trabalho tem como objetivo principal verificar o Princípio de Arquimedes. E mostrar que a hidrostática nos ajuda a entender, por exemplo, porque os equinos utilizam um sapato como sola em forma de raquete de tênis, o que é pressão atmosférica e como medi-la, a diferença entre nadar numa piscina de água doce e no mar, etc.
Palavras – Chave: Hidrostática. Pressão. Densidade. Fluido.
*Universidade Federal da Paraíba, Curso de Graduação em Ciências Naturais (Licenciatura a Distância).
Pólo de Apoio Presencial de Pombal PB “Jario Vieira Feitosa” [email protected].
ABSTRACT
The Hydro has its origin in studies of Archimedes (287 th. C. to -212. C.) on the fluid mechanics.
Made contributions to this subject scientists Torricelli (1608-1647), Stevin (1548-1620), Pascal (1623-1662), among others.
Hydro is the branch of physics that studies the force exerted by fluids at rest and on. This name refers to the first fluid studied, the water, which is why, for historical reasons, this name remains. For this fluid is a substance that can flow easily, has no shape and has the ability to change shape when subjected to the action and small forces. The word fluid may designate both liquid and gas.
Our work has as main objective to verify the principle of Archimedes. And show that the hydrostatic helps us understand, for example, because the horses used as a shoe sole-shaped tennis racket, which is atmospheric pressure and how to measure it, the difference between swimming in a freshwater pool and sea, etc..
Key - Words: Hydro. Pressure. Density. Fluid.
INTRODUÇÃO
Veremos uma parte da mecânica que trata do equilíbrio estático dos líquidos – a Hidrostática. Como esse trabalho teórico e pratico vamos compreender as questões relacionadas à pressão e à flutuação dos corpos em líquidos.
Segundo conta a historia, pensando, em quanto se banhava, em um problema proposto pelo rei Herão II, de Siracusa (cidade na ilha da Síria), que desconfiava que sua coroa não fosse de ouro puro, o sábio grego Arquimedes (287-212 a. C.) percebeu que, quando imergia, deslocava um volume do seu corpo. Daí formulou o principio que leva seu nome, o Principio de Arquimedes:
“Um corpo, total ou parcialmente imerso em um liquido em equilíbrio, recebe uma força vertical de baixo para cima denominada empuxo. A intensidade do empuxo (E) é igual ao peso do liquido deslocado () pelo corpo”.
E Arquimedes descobriu isso quando tomava banho em sua banheira, quando percebeu que a quantidade de água que transbordava era igual em volume ao seu próprio corpo.
E assim percebeu como poderia provar a fraude do ourives. Ele observou que massas iguais de prata e de ouro faziam transbordar volumes de água diferentes (porque os dois materiais têm densidades diferentes). Então, ele mergulhou numa bacia cheia de água um bloco de ouro de massa igual à da coroa e mediu o volume de água que transbordou. Fez a mesma coisa com um bloco de prata. O volume de água que transbordou quando mergulhou o bloco de ouro era menor que o volume de água quando mergulhou o bloco de prata. Repetiu a experiência com a coroa e verificou que o volume de água que transbordou era maior que o do bloco de ouro e menor do que o do bloco de prata
Concluiu que a coroa não era de ouro puro e que o ourives a tinha feito misturando os metais. Arquimedes baseou-se no princípio de que o volume ocupado por um determinado sólido é proporcional à sua massa. Ele usou a densidade para provar que a coroa tinha sido feita com uma liga (mistura) de ouro e prata.
BREVE ESTUDO SOBRE LEI DE ARQUIMEDES (III A.C)
Conta-se que na Grécia Antiga o rei Hieron II de Siracusa apresentou um problema a Arquimedes, um sábio da época. O rei havia recebido a coroa de ouro, cuja confecção confiara a um ourives, mas estava desconfiado da honestidade do artesão. O ourives teria substituído parte do ouro que lhe foi entregue por prata. Arquimedes foi encarregado de descobrir uma prova irrefutável do roubo. A lenda conta que o sábio teria descoberto o método de medir a densidade dos sólidos por imersão em água quando se banhava. Ele notou que o nível da água aumentou quando ele entrou na tina. Logo associou a quantidade de água deslocada com o volume da parte imersa do seu corpo. Assim, comparando o efeito provocado pelo volume da coroa com o do volume de igual peso de ouro puro, ele poderia determinar a pureza da coroa. Nesse instante, pelo que consta historicamente, Arquimedes teria saído subitamente do banho e, ainda nu, teria corrido pelas ruas da cidade gritando "eureka, eu descobri!".
O método descoberto por Arquimedes se aplica a objetos com formas geométricas irregulares e permite obter a densidade através do seu peso aparente imerso em água e do peso imerso em ar.
O peso aparente do objeto imerso em água é dado pelo peso do corpo imerso no ar Pm menos o empuxo que ele sofre na água Em.
O peso do corpo é escrito em função da densidade , como: é o volume do corpo e g é a aceleração da gravidade.
O empuxo Em é uma força que age sobre o corpo imerso, na mesma direção que a força peso, mas no sentido contrário, e o seu valor é obtido pelo peso do volume de água deslocado. , onde é a densidade da água.
A densidade do corpo é a do material que o compõe e, em caso de material composto, depende exatamente da proporção de cada elemento existente na composição. O volume do fluido deslocado é igual ao volume do objeto imerso. Assim, usando a definição de densidade,
Então, o volume V pode ser escrito
E a densidade m
Finalmente,
Os valores de Pm e Pm - Em - Em são obtidos diretamente em um dinamômetro, como mostra a figura abaixo, de onde se obtém Em . A densidade, a densidade procurada é assim obtida conhecendo-se a densidade da água , que é 1g/cm3.
Acesso em 10/05/2012.
DISCURSÃO DO EXPERIMENTO SOBRE EMPUXO BASEADO NO PRINCIPIO DE ARQUIMEDES.
Cientista e inventor grego (século III a.C) Arquimedes, foi quem descobriu o princípio que permite calcular o valor da força vertical e para cima (Empuxo ou impulsão) que torna um corpo mais leve no interior de um fluido.
Vejamos como se dá o Princípio de Arquimedes:
“Todo corpotoal ou parcialmente mergulhado num líquido em equilíbrio, recebe uma força dr direção vertical e sentido para cima denominada de Empuxo, cuja intensidade é igual ao peso do volume de líquido deslocado“
Considere um líquido de densidade contido num recipiente R’ no nível indicado na figura I, onde está um corpo sólido de densidade dc tal que
Foto I Foto II
v
Em seguida o corpo é colocado em R’ e fica totalmente imerso (), expulsando um volume de líquido que é igual ao próprio volume do corpo. O volume total (V) do líquido deslocado é recolhido no recipiente R (foto II).
Se você pesar o volume V do líquido deslocado você obterá o valor do empuxo, que é uma força vertical e para cima --- empuxo = peso do volume de líquido deslocado (que é o mesmo volume que o do corpo, se totalmente imerso) --- E = --- --- ----
Sobre o corpo imerso, além do empuxo (vertical e para cima) age também o peso (vertical e para baixo), de
P
E
Intensidade ---- ---- ----
Qualquer corpo sólido, quando imerso no ar, também sofre empuxo, pois
desloca um volume igual ao seu, de ar. Mas, esse empuxo é praticamente desprezível.
E < P
P
E
Se o empuxo tiver menor intensidade que o peso (E o corpo desce.
Se o empuxo tiver maior intensidade que o peso (E .
Se o empuxo tiver a mesma intensidade que o peso (E = P) o corpo fica em equilíbrio (não sobe nem desce).
Foto I Foto II Foto III
Nas fotos I, II e III à medida que o corpo vai imergindo no líquido, o empuxo vai aumentando, pois ele vai deslocando cada vez mais volume de líquido e, o peso aparente () que é o peso real menos o empuxo () vai diminuindo e atinge seu valor mínimo, no caso 7N, quando o corpo está totalmente imerso.
Assim, estando o corpo em equilíbrio, .
Mas afinal, por que alguns corpos afundam e outros flutuam na água?
Citamos alguns exemplos:
Água e óleo não se misturam. Quando um navio deixa vazar petróleo, causa grandes danos à natureza. Isso porque o petróleo não afunda. Ele flutua na água não permitindo a passagem de luz essencial para a vida marinha.
Se colocarmos água num recipiente e dentro dele um pedaço de ferro (prego), este ferro afundará.
Já se colocarmos somente uma garrafa “vazia” e tampada, a garrafa flutuará.
Estes exemplos mostram o que é a densidade. No primeiro exemplo, a água é mais densa do que o óleo. Então o que tem maior densidade fica no fundo. No segundo exemplo, o prego é mais denso que a água, então afunda. O exemplo da garrafa que está vazia, na verdade está cheia de ar, que é menos denso que a água.
Densidade nada mais é do que uma relação entre a massa e o volume de uma substância.
Veja:
O que pesa mais? 1kg de algodão ou 1 kg de ferro? A pergunta induz a achar que a resposta é 1 kg de ferro, por ser mais pesado, mas na verdade ele é o mais denso. O algodão e o ferro tem a mesma massa (1kg), o que será diferente é o volume. Um maior volume de algodão que corresponde a 1 kg e um pedaço muito pequeno de fero que corresponde a 1 kg.
Então: mais denso – ter maior massa em um determinado volume
Menos denso – ter menor massa em um determinado volume
CONCLUSÃO
Esse trabalho foi de suma importância para enriquecer meus conhecimentos, pois o mesmo apresentou discussão que gerou um dos elementos muito importante do processo de entendimento e descoberta de conceitos físicos nos meus estudos. Na pratica sentir que o principio de Arquimedes demonstra ser mais real, mais fácil seu entendimento. Isso só demonstra que o ensino de física não deve ser desconectado do estimulo experimental.
REFERENCIAS
YURI, Valdyr Soares L. Cavalcante. et. al. Hidrostática. Ciências Naturais. Ed. Universitária UFPB. João Pessoa. Ed. Universitária UFPB, 2012. pp.235-236.
AZENHA, Regina Bonjorno. et. al. Física completa: volume único; ensino médio. 2 ed. São Paula: FDT, 2001. PP.333-344.
BARROS, Carlos; PAULINO, Wilson. Ciências. 4. Ed. São Paulo: Ática, 2009. PP. 120-135.
SITES VISITADOS
Acesso em 10/05/2012
Acesso em 10/05/2012
Acesso em 10/05/2012
<www.mundoeducacao.com.br › ... › Geometria Acesso em 11/05/2012 Acesso em 12/05/2011.
