COLÉGIO ESTADUAL DONA ISABEL PIBID Física IFRS/BG ROTEIRO PARA EXECUÇÃO DO EXPERIMENTO DO PRINCIPIO DE ARQUIMEDES Nomes:

Transcrição

1 ROTEIRO PARA EXECUÇÃO DO EXPERIMENTO DO PRINCIPIO DE ARQUIMEDES Demonstração do princípio de funcionamento de um submarino, ilustrando o Princípio de Arquimedes. Duas garrafas PET transparente com tampa, duas tampinhas de caneta tipo Bic, dois clipes, água. A ideia do experimento é fazer algo parecido com um submarino, mas de modo a podermos observar facilmente o Princípio de Arquimedes. Trata-se de um arranjo onde se podem observar os efeitos das forças que atuam em um objeto imerso na água. No experimento utilizamos uma tampa de caneta e um clips preparado de acordo com as instruções de montagem e uma garrafa de refrigerante vazia. O experimento consiste em mergulharmos o clips que estará colocado na tampa da caneta dentro da garrafa cheia de água e sem nenhuma bolha. Quando mergulhamos a caneta na garrafa, a parte superior da caneta deverá ficar no mesmo nível que a superfície da água na garrafa. Isto se deve ao empuxo exercido pela água da garrafa, que age no sentido vertical de baixo para cima, ser maior que o peso, que puxa para baixo. Após o fechamento, ao apertarmos a garrafa, a caneta irá afundar e desapertando ela retornará para cima. A explicação para este fato está relacionada à densidade da caneta. Ou seja, quando a densidade da caneta for maior que a da água, a intensidade da força empuxo será menor que o da força peso, a caneta afundará. Se a densidade da água for maior que a da caneta, o empuxo sobre a caneta terá intensidade maior que o peso, a caneta subirá. O que se pode observar é que, quando apertamos a garrafa estamos fornecendo uma quantidade de pressão a todos os pontos da água no seu interior. Com esse aumento de pressão, a água da garrafa penetrará na caneta através do furinho e fará com que a massa da caneta aumente. Com esse aumento de massa, a caneta terá uma densidade maior que a da água e afundará. Ao descomprimirmos a garrafa, a pressão volta ao normal, então sai água da caneta e a densidade da caneta fica menor que a da água. Novamente, fazendo com que ela suba. Este experimento só é possível devido à caneta não estar completamente cheia, ou seja, restando um pouco de ar no seu interior. Como a caneta e a garrafa são transparentes, é possível observar a variação da quantidade de água no interior da caneta, e o consequente movimento dela para baixo ou para cima. O submarino funciona do mesmo modo: bombas de água enchem e esvaziam tanques em seu interior usando a água que o circunda e o ar que preenchia os tanques é acomodado em tanques de ar comprimido. Por fim, repita o experimento para visualizar e verificar a validade dessas conclusões.

2 ROTEIRO PARA EXECUÇÃO DO EXPERIMENTO VELA SEM AR Mostrar que mesmo coberta a vela ainda fica acesa graças à queima do oxigênio da água. Uma vela, um prato de vidro raso, um copo de vidro e um isqueiro ou uma caixa de fósforos. Devemos acender a vela e fixar no prato Em seguida, imediatamente, adicionamos a água no prato. Observe que a água começa a entrar no copo, a vela se apaga antes da água chegar até a chama. O fogo só pode existir onde há oxigênio. Quando você cobre a vela, a chama começa a queimar o oxigênio que sobrou dentro do vidro. A gente não vê esse oxigênio, mas ele existe e ocupa espaço. Quando o oxigênio é queimado, esse espaço fica ''sobrando'' dentro do vidro. Quer dizer, forma-se um vácuo e o vácuo puxa a água para ocupar o lugar que antes era do oxigênio. A água só não enche todo o vidro, pois o oxigênio acaba. Quando todo o oxigênio é queimado, a vela se apaga, porque, como já disse sem o oxigênio o fogo não existe.

3 ROTEIRO PARA EXECUÇÃO DO EXPERIMENTO DO BRAÇO HIDRÁULICO Visualizar e compreender o princípio de Pascal, analisando o funcionamento do braço hidráulico apresentado. Duas seringas, mangueiras finas para conexões, retalhos de madeira, dobradiça pequena, pregos, cola quente, uma tampa de garrafa Pet e fita adesiva. Siga as orientações que serão passadas pelos bolsistas do Projeto PIBID Física. Figura 1. Arranjo experimental, braço hidráulico. O princípio elaborado pelo físico e matemático francês Blaise Pascal, afirma que o acréscimo de pressão produzido num líquido em equilíbrio transmite-se integralmente a todos os pontos do líquido. Os braços hidráulicos em geral, sistemas multiplicadores de força, são construídos com base no Princípio de Pascal. O funcionamento - O ar comprimido, empurrando a água no êmbolo mais estreito da seringa, produz um acréscimo de pressão ( ), que pelo princípio de Pascal, se transmite integralmente para o êmbolo largo da outra seringa, onde se encontra o braço de madeira. Sendo e lembrando que, escrevemos: Como, temos, ou seja, a intensidade da força é diretamente proporcional à área do tubo. O braço hidráulico é uma máquina que multiplica a força aplicada.

4 ROTEIRO PARA EXECUÇÃO DO EXPERIMENTO DA GARRAFA PET Visualizar através do experimento a diferença na vazão da água, relacionando com a pressão do líquido que está sendo exercida na situação. Água, fita adesiva, prego e uma garrafa PET. 1. Com o prego fazer dois furos na lateral da garrafa PET, sendo que os mesmo devem ter diferentes alturas. 2. Fixar fita adesiva sobre os furos. 3. Encher a garrafa com água. 4. Retirar a fita adesiva, analisar o alcance do jato de água marcando suas posições. QUESTIONAMENTOS: Por que os jatos de água percorrem caminhos tão diferentes? Qual dos dois jatos chega mais longe? Qual a relação deste experimento com o Teorema de Stevin? Podemos relacionar esta situação com a situação de um mergulhador? Por quê?

5 ROTEIRO PARA EXECUÇÃO DO EXPERIMENTO DA RELAÇÃO ENTRE O PROCESSO FÍSICA DA RESPIRAÇÃO E PRESSÃO ATMOSFÉRICA Relacionar a pressão exercida pelo ar em nossa respiração com os movimentos respiratórios e os músculos envolvidos nesses movimentos, constatar a relação entre a Física e a biologia animal. Ao inspirarmos o ar, o diafragma e os músculos intercostais se contraem. O diafragma desce e as costelas sobem, fazendo com que haja aumento do volume da caixa torácica e forçando o ar a entrar nos pulmões. Com a expiração ocorre o inverso. O diafragma e os músculos intercostais se relaxam, subindo o diafragma e baixando as costelas. Isso faz com que haja diminuição do volume da caixa torácica, forçando o ar a sair dos pulmões. Garrafa de plástico transparente, canudinho ou tubo de caneta, dois balões de aniversário (de tamanhos diferentes), fita adesiva, massa de modelar. Corte a base da garrafa transparente; Corte a parte oposta à boca do balão maior; Com fita adesiva, prenda o balão menor na ponta do canudo; Com o balão maior cortado, vista a garrafa pet e dê um nó na boca do balão; Coloque o canudo com o balão preso dentro da garrafa pet, de forma que o balão fique dentro da garrafa, e o canudo fique com uma parte para fora dela. Com a massa de modelar, fixe o canudo na posição correta e vede bem a boca da garrafa. Para o movimento da inspiração puxe a ponta do balão que está vestindo a garrafa. Ao fazer isso, a pressão dentro da garrafa diminui e para equilibrar novamente a pressão com a externa, o ar entra no balão pequeno e ele infla. Ao realizar esse movimento percebemos que quando o diafragma se contrai o ar entra pela nossa traqueia e chega aos pulmões. Para o movimento da expiração, solte o balão que veste a garrafa. A pressão do ar aumenta dentro da garrafa e o balão pequeno expulsa o ar que está em seu interior, pelo canudinho. Podemos observar que o balão pequeno murcha rápido. Nesse movimento, observamos que quando o diafragma relaxa, os pulmões se esvaziam.