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terça-feira, 6 de março de 2012

FÍSICA - ELEVADOR HIDRÁULICO (MECÂNICA)



Objetivo

    O objetivo deste experimento é mostrar o Princípio de Pascal no funcionamento de um elevador hidráulico.

Contexto

    Em 1652 um jovem cientista francês Blaise Pascal (1623-1662), um grande colaborador nas ciências físicas e matemáticas, através do estudo no comportamento dos fluidos, enunciou um princípio muito importante na Física, o Princípio de Pascal: 
    "A variação de pressão sofrida por um ponto de um líquido em equilíbrio é transmitida integralmente a todos os pontos do líquido e às paredes do recipiente onde está contido". 
    O elevador hidráulico é um dos aparelhos que funcionam através deste princípio, transmitindo a pressão exercida sobre uma de suas colunas a todos os pontos do elevador e o resultado final é que aplica-se uma força menor do que realmente necessária para se elevar um objeto. 
    Acompanhe na figura abaixo.
    A pressão exercida na coluna mais estreita do elevador, onde a seção reta possui área a, é tansmitida a todos os pontos do fluido. 
    Essa pressão é transmitida até o outro extremo, cuja coluna tem seção reta de área (maior que a). Se essa segunda coluna for usada como a coluna de um elevador hidráulico, vemos que a força que agirá sobre a coluna do elevador deverá ser maior que a força que foi aplicada na primeira coluna. Isto é: p= f/a e também p= F/A, onde F é a força que age sobre a área de seção reta da coluna de fluido que acomoda a base da coluna do elevador hidráulico. Igualando- se as equações, tem-se a equação F= (A/a)f, onde (A/a) é maior que 1.
    Isto implica que, se a área da coluna do elevador for triplicada, a força também será, devido à pressão em ambas as colunas ser a mesma.
    Outros exemplos da utilização do Princípio de Pascal são as cadeiras de dentistas ou ainda em sistemas como o freio hidráulico de automóveis.

Idéia do Experimento

    A idéia do experimento é fazer algo parecido com um elevador hidráulico, conhecido também como macaco hidráulico através de sistemas feitos de seringas.
    O funcionamento de um elevador hidráulico é baseado na transmissão de pressão, feita na coluna de área menor, até a outra coluna, de área maior, elevando um objeto sobre a coluna maior.
    Este experimento utiliza dois sistemas diferentes de seringas, um com duas seringas de 5 ml e outro com uma seringa de 5 ml e outra de 10 ml.
    O primeiro sistema (5 ml- 5 ml) consiste em pressionar o êmbolo de uma seringa de 5 ml, contendo água, fazendo com que esta eleve um objeto posto sobre o êmbolo da outra seringa vazia de 5 ml.
     Isto é realizado através da ligação das duas seringas (5 ml-5 ml) por um pedaço de mangueira, completamente cheia de água e sem nenhuma bolha de ar.
     A força aplicada na seringa de 5 ml (cheia) produz uma pressão sobre a água, que é transmitida a outra seringa de 5 ml até a sua extremidade, fazendo com que o objeto posto sobre o êmbolo seja elevado. 
    Neste caso, não há multiplicação da força, pois as áreas das seringas são iguais.
    Este mesmo processo é realizado sobre o sistema de seringas de 5 ml e 10 ml.
     A seringa de 10 ml ficará vazia e com o mesmo objeto sobre o seu êmbolo. 
    Neste caso, haverá uma multiplicação da força aplicada sobre o êmbolo da seringa de 5 ml, pois a área do êmbolo da seringa de 10 ml é maior que o êmbolo da seringa de 5 ml. 
    Assim, ao pressionarmos o êmbolo das seringas de 5 ml, dos dois sistemas, ao mesmo tempo, temos a impressão de que fazemos mais força no sistema de seringas de 5 ml- 5 ml.
Tabela do Material 
  
 


Item

Observações
uma caixa de papelão pequenaEla será o suporte do experimento. Utilizada para encaixar as seringas.
3 seringas de 5mlAs seringas serão usadas para a montagem do elevador hidráulico.
1 seringa de 10mlA seringa será usada para a montagem do elevador hidráulico.
2 mangueiras de equipossoroAs mangueiras de equipossoro utilizadas são encontradas em qualquer farmácia. Elas são usadas para fazer a conexão das seringas.
2 caixas de fósforoUtilizamos duas caixas de fósforo para segurar as bolinhas de gude sobre os êmbolos das seringas.
10 bolinhas de gudeAs bolinhas de gude são usadas em uma quantia de 5 bolinhas por caixa. Essa montagem da caixa com as bolinhas será o peso a ser elevado.
Montagem
  • Retire os êmbolos das seringas.
  • Corte duas mangueiras de equipossoro de, aproximadamente, 35cm cada uma.
  • Acople duas seringas de 5ml à uma das mangueiras. Faça o mesmo processo para as outras seringas de 5ml e 10ml com a outra mangueira.
  • Encha as duas seringas de 5ml em algum recipiente com água (não deixe formar bolhas de ar). A mangueira, também, deverá estar completamente cheia de água e sem bolhas de ar.
  • Coloque os êmbolos nas seringas sem deixar entrar bolhas de ar.
  • Com uma das seringas do sistema 5ml- 5ml, injete água na outra seringa. Uma das seringas ficará cheia até, aproximadamente, a marca de 5ml e na outra seringa restará alguns centímetros de água. De algum jeito tire este resto de água da seringa, de forma que, o êmbolo fique totalmente encostado no fundo da seringa.
  • Repita este mesmo processo para as outras seringas de 5 e 10ml. Neste caso, a seringa de 10ml injetará água na seringa de 5ml, de modo que ela fique vazia.
  • Na caixa de papelão faça quatro furos de acordo com o tamanho das seringas, ou seja, as seringas deverão passar por estes furos (ver esquema de montagem).
  • Encaixe os sistemas de seringas nos furos da caixa (ver esquema de montagem).
  • Coloque uma das caixas de fósforo, presa por fita adesiva, sobre a seringa que estiver com o êmbolo abaixado do sistema de seringas de 5 e 5ml. A outra caixa deverá ficar presa sobre a seringa de 10ml, a qual deverá estar com o êmbolo abaixado.
  • Coloque as bolinhas de gude, mesma quantidade, dentro das caixas de fósforo.
  • Pressione, ao mesmo tempo, os êmbolos das seringas de 5ml dos dois sistemas.
  • Observe se a força feita nos dois êmbolos será a mesma para os dois sistemas.
  • Repita o experimento várias vezes para peceber a diferença de força aplicada nos sistemas.

Comentários

  • Este experimento deverá ser feito com muita atenção. Em caso de não estar dando certo observe os seguintes detalhes: as seringas e as borrachinhas deverão estar sem bolhas de ar; a quantidade de bolinhas de gude deverá ser a mesma para ambos os sistemas.

Esquema Geral de Montagem


 

Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru

FCB/FCL

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