" - 0001 aupone da sannga grande - 3305 supona da seringa pequena PASCAL E RRICELLI OW2 - seringa grande disco grande 3301/02~03/04 sargentos - 3300 - gancho CWIM)(LBOSCOM O MATERIAL PARA FAZER ESTA MPERIIW~ SIGA CUIDADOSAMENTEAS INSTRUCOES DO MANUAL V o d p n c k . saber w i s os cuidsdos que d w a d tomar: certos materiais d o delksdos e qualquer dwcuido pode pnjudkar a expdênsb: outros oferecem perigo sa não tomm d w i i mante utilizados. Siga rigomnmenta, a cada P~UO, as inmFd.rdesto Manual e pmcum d o d s s p e d ç a r ~ r bO . material induírin d o 0 "kit" bi minucionnwnte controlado e tuudo. Com #e v o d pode6 malizar pdo menos três Vtodas as e x p a ~ i ê ~ ~descriias. ~ias COMO USAR ESTE MANUAL Lwlo m e Manual e vendo as figures, v o d vai h r algumas expedüncias. Tenha sempre um Ilpis A d o . para responder os testes ou pmncher os espaços em branco, quando ncice&rio. V d pode hrsrtod.r 8s up.ii&nciaa em wguida ou por .tip.a, wdnha ou com amigos. COPYRK1HT MüNMAL 1 9 n M I I L I L A . C U L N M L B ~ CMXA KmAL 2172 a0 PAULO - - BRA8a Sempm que aparecer uma faixa vennelha como na figurn w lado. ela cont4m uma msposta ao que foi perguntado no item anterior. Responda primeiro e t6 depois confln a mrposta. Pam verif[carse v o d acertou. basta por o decimdor (plcLsuco trnnspamntel sobm e faixa. 8mLdI. &=rim?&==- - ,*-rnbi O---& &-&&&I mnnrolpin. LPrdr*Cii-. ~ h - i ~ . r i i r o-=- PR-DII~YU)~II~IWODO-YIWRMUI~MODII~EWH.QQLOMOUH~NIIIC EXPERIMENTO A: A PRESSAO Montagem A-1 Experlbnda A-1 EXPERIMENTO 6 : A PRENSA HIDRAuUCA Montagem 8-1 ExpenBnda 0-1 EXPERIMENTO C: MEDINOOA VANTAGEM MECÃNICA DA PRENSA Montagem C-1 Experibncia C-1 EXPERIMENTO D: MEDINDO A PRESSAO ATMOSF~RICA EXPERIMENTO A: A PRESSÃO Você já viu. nos postos de gasolina, os "elevadons de aut~mbveis". Talvez você já tenha v i m ou ouvido falar em "prensa hidráulica". Embe ra diferentes, essas máquinas funcionam baseadas no mesmo principio. As experiências deste kit permitirão que você verifique este principio e compreenda outros fatos relacionados com uma grandeza fisica chamada "pressão". Materiai U W i : seringa grande; sargento; suporte da seringa grande; seringa pequena; tubo plástico; anéis; disco grande; chave de fenda. Milaiai Suplemmtu: mesa (de copa ou cozinha); barbante forte; lata grande (para 2 litros de água); copo; prego; martelo. Este experimento deve ser feito num lugar que possa ser molhado (cozinha, quintal ou área). MONTAGEM A-1 - Fixe o suporte da seringa grande sargento, com o a d i o da chave de fenda A parte alargada do suporte fica virada para cima Em seguida, fue o sargento àmesa 1 ao Goloque a seringa grande no suporte, com a ponta valtada para baixe. Encaixe 0s mCis nas duas edo tubo plástico. A parte riscada dos anéis Tica Dara 3 midades F i e uma das extremidades do 4 tubo plástico à ponta da seringa grande. Para que a ligação fique mais f m c , empurre o anel contra a ponta da seringa. Na outra extremidade do tubo plástico acaixe a seringa p e q ~ af.i a n d o a ligação comooutro anelplástico. Faça 2 furinhos opostos na lata, prego e martelo. Corte um pedaço de barbante (60 cm) e faça com ele uma alça.para a lata, passando as extremidades do barbante pelos furinhos e amarrando bem. 5 usando LAT~.,~ 2 LITROS I BASEDO- CORPO DA 6 Coloque água no copo até meta- 4 =,+LL' 7-5 M3E EMBMO NGA PEQUENA deda sua alturaRetire o êmbolo das duas seringas e segure a seringa pequena na mesma altura da seringa grande. Em seguida, derrame água na seringa grande (cuidadosamente) até encher todo o conjunto formado pela seringa grande - tubo plhsticoseringa pequena 8 Adapte com cuidado o disco grande à c a b a do êmbolo da seringa grande. Recoloque o êmbolo na seringa grande e empurre-o até a metade. Deixe a água sair pelo alto d a seringa pequena Recoloque agora o êmbolo da seringa pequena e empurre-o até o fundo da seringa. DISCO 9 Pendure a lata grande no disco, passando o barbante por duas ranhuras opostas. Preste atenção para que a lata não fique torta. Le9os3p.uor~teritCothn. uites de oomcur icxJKd&lcia. Com o auxílio do copo vá colocando água na lata Você ver6 que o êmbolo & seringa pequena começa a subiu. Deixe o êmbolo subiu até quase o fun, maa tome au9ddo puaquee~eaIosrcipcdoeorpo& rinhg.peqriau Pode acontecer que o êmbolo da seringa pequena não se movimente. Isto se deve ao atrito da borracha do êmbolo sobre a parede da seringa Nesse caso, P medida que voci for colocando água na lata, vá também dando pequenos "p&" para cima, na cabeça do êmbolo pequeno. Faça isso até que o êmbolo comece a se movimentar sozinho, sem "Bjuda". 2 Quando o êmbolo da seringa pequena estiver quase saindo. empurre-o novamente para o fundo da seringa e observe o que acontece com o êmbolo & acriaga grande. 3 Deixe o êmbolo da seringa peque na subir novamente e empurre-o de novo até o fundo. Repita várias vezes esta operação de bombcamento". com a seringa pequena em diversas posições: horizontal, verticd. oblíqua, mais alta que a seringa grande, mais baixa que a seringa grande, pu na mesma altura. A#am v i relendo os 3 passos e faça t EXPERIMENTO B: A PRENSA HIDRAULICA O QUE ACONTECEU? A medida que você "bombeou" com a seringa pequena, o êmbolo da seringa grande: subiu permaneceu imóvel r a---..--da mais COMO, POR QUE? Com a pequena força que você aplicou no êmbolo da seringa pequena, você conseguiu fazer subi o êmbolo da seringa grande e, com isso, levantou a lata com água. A explicação deste fato está no fenomeno da prrsrío. Quando se aplica uma força (F)de mocio perpaidicukr sobre uma determinada supaflcie (S), dá-se o nome de pressão ao quociente desta força sobre esta superfície. (P = ) S P a s d observou que, se for aumcntada (ou diminuída) a pressão que se exerce sobre um ponto qualquer de um líquido (ou gb), hpte aumento (ou diminuição) se hlinsmitc itodos 0 s paitos do líquido. Ao empurrar o líquido em um tubo estreito (seringa pequena). você pressionou os pontos do líquido que se encontravam em contato com o èmbolo. Este aumento de pressão foi transmitido para o tubo plástico e para a seringa grande. Nesta última. existem mais pontos do líquido em contato com o êmbolo que na seringa pequena Como todos estes pontos sofrem aumento de pressão, a força resultante (total) no h ~ b oh será d o r que a aplicada no t estreito. Percebendo o alcance de sua descoberta, Pascal procurou aperfeiçoar mecanismos que permitissem obter grandes forças a partir de pequenas forças. Concebeu assim a chamada prensa hidrkiliea Neste experimento, você também vai construir um desses aparelhos. Material U t i i i i : o mesmo do Experimento A; válvula MONTAGEM B-1 1 Retire o tubo plástico das duas seringas. Encaixe uma earemidade do tubo plhstico no bico da válvula, firmando a ligação com o and. 2 Encaixe a seringa pequena no adaptador que fica do lado oposto ao bico da válvula. 9 Encaixe o adaptador superior da válvula no bico da seringa grande. ATENÇAO: a alavanca deve frukmpmanocorpa&vilda. ALAVIWA PEQUENA Encha um copo com agua e wloque-o sobre uma cadeira, embaixo da seringa grande.. Introduza na água a extremidade livre do tubo pl6stico. bolo da serkga pequena até'o-fundo. Na alavanca da válvula existem 2 3 pontos, que indicam as ligações que a válvula possibilita. 3 Com a válvula na posiçào*: Coloque a válvula na posiçáp*.f , 5 Pendure a lata grande com água derrame água na seringa grande até que o tubo plástico fique cheio de água e a seringa grande fique transbordando. (até a metade) no disco da seringa Recoloque imediatamente o êmbolo da seringa grande, de modo que não fique ar entre a água e a base do êmbolo. Em seguida empurre o êmbolo da 4 seringa grande até a metade de sua altura. Faça as operaçk indicadas no 1 (abaixo). vgíficado 6 quadro bem a posição da válvula em cada operação. As modernas prensas hidr$ulicas obedecem a este mesmo princípio. Nessas máquinas, como nas outras máquinas hidráulicas (elevadores de automóvel e freios hidráulicos. por exemplo), aplica-se uma força num êmbolo estreito e obtém-se uma força maior num êmbolo largo. EXPERIMENTO C: MEDINDO A VANTAGEM MECANICA DA PRENSA . Repita várias vezes essas operagões e observe o que .coatece com o êmbolo da -Ma- O QUE ACONTECEU? moveu-se gradativamente para cima continuou parado O êmbolo da seringa grande: 8 moveu-se cima bniscamente para 1 Nos experimentos anteriores você verificou que, acionando um êmbolo estreito. é possível movimentar um êmbolo largo e mais pesado. Você observou que não foi preciso fazer muita força para isso. Neste experimento, você poderá medir a força necessária para movimentar o êmbolo largo. Conhecerá assim a chamada Vantagem M d aica da sua prensa hidráulica I MaUtlizedo: o mesmo dos Experimentos A e B; disco pequeno; outro sargento; suporte da seringa pequena QUADRO 2 A *orna ~d, Mataial Suplmiaitp: barbante forte, um copo; balança, copo graduado. copo de liquidircador ou mamadeira, graduados em caitimetros cúbicos (cm') ou mililitros (ml); lata pequena 8 m o a hwa rrna O C ma Iniqndi -lgw U + II 1 Faça uma alça para a lata pequePrenda os 2 sargentos na beira da mesa, a cerca de 15 centímetros um do outro. - Pese esta lata (vazia) e faça o 2 mesmo com a iata grande utiii- zada nos expwima~tosanteriores Anote os seus resultados no quadro 2 (lata grande na ditari A; lata pequena na coluna B). Se você não dispuser de balança, peça para pesar suas latas numa balança comercial (me-rccaria, padaria, açougue. etc.). pioda I I vuii QUADRO 3 MONTAGEM C- 1 n a d a mesma maneira que você f a para a lata grande (com 60 cm de barbante forte). 4 Coloque E Is saiogas un scus respfftivw suportei. Retire os êmbolos das saingas e derrame água com cuidado na seringa grande, até que todo o coqunto esteja cheio (seringa grande, tubo plástico e seringa pequc~~a). U ~ tOUQ i.u- I - F -m C G dw *o- w ., ID+D I C + ~ v Recoloque o êmbolo da seringa até a metade grande e empda altura da seringa Deiie a água transbordar pelo alto da seringa pequena 6 Em seguida, recoloque o êmbolo da seringa pequena e empurre-o até o fundo. 7 Adapte o disco grande na cabeça do êmbolo da seringa grande. Adapte com cuidado o disco pequeno na cabeçs do êmbolo da seringa pequena. 2 Pendure as latas (vazias) nos discos: a grande no disco grandi, a pequena no disco pequeno. EXPERIÉNCIA C-r Li com atençio os 2 pcissos sepintes p i t a de começu i e@ct. ---- --.. i.____._. . Você vai derramar água na Iitr até que o êmbolo di seringa pequena comece a subir. Ao mesmo tempo que derramar a k u a , vá dando pequenos " p u x ~ s " para cima na cabeça do êmbolo da seringa pequena, até que e:e comece a mover-se sozinho. I piade, 2 Quando O êmbolo da seringa pequena começar a subii, pare de derramar água na lata grande, e vá até colocando água na lata -na que o êmbolo da seringa pequena pare de subii. 3 Nesta situação existe equilíbrib, isto é, a lata pequena (com água), pendurada na seringa pequena, equilibra a lata grande (com água), pendurada na seringa grande. Para conhecer a Vantagem Mecânica da sua prensa hidrádica, você precisa determinar o peso das duas latas, com a água que elas contêm nesta situação de equilíbrio. Se você puder utilizar uma bPhaça, pese a lata grande com a água que contém e anote o resultado na coluna C do quadro 2; pese a lata pequena com água e anote o resultado na coluna F. - ~ScvW2a.Opudorutiliwuma biluiçi, poderá determinar o (maior, menor) peso das latas com água através do ; o f que o peso da lata grande wm &ua volume de água que elas contêm. Usando um copo graduado, meça o volume da água da iata grande. Volume de água. cms Cada centímetro cúbico de água pesa I g (um grama). Assim, .você 1- signfica que um tem tantos gramas de água quantos (grande, pequmo) aplicado numa cetímetrbs cúbicos mediu. Anote o seringa estreita é capaz de equilibrar valor encontrado acima na wlunr B. um (grande, y queno) aplicado numa seringa mais Meça em seguida o volume de água larga que contém a lata pequena Anote este valor (em gramas) na coluna E. Para preencher as wlunas C e F, basta fazer as somas indicadas (peso de cada lata vazia mais o psso da O quociente obtido na coiuar G água que ela wntém). indica quantas vezes mabz é o peso que você wnsegue levantar na Agora divida o peso da lata granseringa larga, aplicando um determide com água (,coluns C) pelo nado peso na seringa estreita. Em peso da lata pequena wm água outras palawas, este quociente mos(coluna F). Anote o resultado da tra quantas vezes a força que se divisão na coluna G. obtém no êmbolo da seringa grande é maior que a força que se aplica no O QUE ACONTECEU? êmbolo da seringa pequena O quociente mede assim a Vaoiagem Me 1 O peso da lata pequena wm água &ioi da sua prensa hidráulica 2 3 6 COMO, POR QUE? cê imagina qual é o fator que 1 ~ ~ i e r m i na aVantagem Mecânica da prensa hidráulica? o comprimento das seringas o diámetro das seringas SERINGA LARGA ( 2 1 SERINQA ESTREITA Se você imaginar um wrte da serin ga mais larga (de diâmetro maior) verá que ela tem uma á r a mtaii~ (superíkie interna)-, (maior, menor) que a área interna da seringa menor. 3 A seringa grande tem 1,33 cm2 de área interna (em corte); a seringa pequena tem 0.18 cm2 de área interna Divida 1,33 por 418. O resultado 6 aproximadamente: Isto é, quanto mais larga for uma seringa (comparada com a outra), (maior, menor) será a Vantagem Mecânica da prensa hidráulica. Se você não obccve este resulta- Verifique agora qual é o valor (quociente) que você anotou na coluna G do quadro 2. Este valor se encontra entre 5 e 9? sim não - do. isto se deve provavelmente ao atrito dos êmbolos sobre as paredes das seringas, que dificultou o equilíbrio das duas latas. Neste caso, repita a Experiência (B-I) uma ou duas vezes e anote os novos pesos no quadro 3 (pág. 9). Você obterá cada.vez um valor um pouco-diferente na coluna G . Verifique se estes valores estão agora mais próximos da faixa esperada (5 a 9) ou então tire a média entre eles. A relação entre as áreas internas 5 S e ~ 0 & 0 b t c ~ ~ ~ d t d o , j 7ád a s seringas permitiu que você pode concluir que a I Y ~ pcios du h- é aproximadamente igual à com .siras mtanur daa seringas. obtivesse na seringa larga uma força 7 vezes maior que a aplicada na seringa estreita. Você conseguiu equilibrar assim um peso (lata com água) vezes maior. Nas prensas hidráulicas mais poderosas, utilizam-se tubos (êmbolos) com áreas internas centenas de vezes maiores e obtêm-se forças centenas de vezes maiores que as aplicadas em tubos estreitos. Com um peso de 100 kgf, aplicado num tubo com 10 cm2 de área, pode-se levantar um autom6vel de 2 000 kgf num tubo de 200 cm2 de área. EXPERIMENTO D: MEDINDO A PRESSAO ATMOSPÉRICA Scmpre que se faz força sobre uma superfície existe pressão. O ar exerce pressão sobre todas as coisas com as quais est8 em wntato e também sobre nosso wrpo. N6s não o percebemos porque já estamos awstumados. Quando você toma refresco por um canudinho, é a pressão do ar @ressão atm08erica) que fez o refresco chegar até a boca. Quando se aspira o ar do canudiho, a pressão em seu interior fica muito diminuída, e a pressão que o ar exerce sobre o líquido, na superfície do copo, "empurra" o refresco para cima, através do canudinho. TorriceUi foi o primeiro a medir o valor da pressão atmosférica Neste experimento, você também vai veriflcar e medir a pressão atmosC6rica Material Utilizado: sargento e suporte da seringa grande; seringa grande; conversor; gancho; tampa da sermga. Material Suplemeatu: lata pequena com alça; lata grande com alça; copo; balança ou recipiente graduado. Puxe o êmbolo da seringa grande e largue-o de repaite. parou na posição em que s i deixou de puxar voltou para o fundo da seringa terA pressão do ar ntmosíéria, teu & fon para dmtro e d, -dtro para fom pois havia ar no interior da seringa. Saido empurrado nos dois sentidos. o 6mbolo permaneceu imóvel. Empurre novamente o êmbolo 2 para o fundo da seringa Feche a ponta da seringa wm a tampa e rosqueie. Agora puxe o êmbolo o máximo possível (sem retirh-10 da seringa) e depois sol* O QUE ACOiWECEU? O êmbolo: \ O QUE ACONTECEU? Assim que se soltou o êmbolo, ele: Para que o êmblo não caia, 3adapte o coaversor ao corpo do êmbolo e ao suporte. voltou para o fundo da seringa parou na posição em que sc deixou de puxar Empurre o êmbolo até o fundo da seringa e feche a ponta com a tampa. Coloque o.gancho na cabeça do êmbolo e pendure no gancho a lata pequena vazia. EXPERIÊNCIA D 2 Atrito do êmbolo na seringa. Desta vez a pressão atmost"erica se' exerceu apenas sobre a extremidade extaior do êmbolo, pois o ar não podia entrar pelo fundo da seringa Sendo empurrado apam de for8 p m dentro. o êmbolo voltou para o fundo da seringa Retire a tampa da seringa e vá 1 derramando água na lata at6 que Encaixe a seringa no êmbolo e no A seringa fica, então, com a ponta voltada para cima 4 suporte. o êmbolo comece a se movimentar lentamente (mas continuamente) para baixo. Com este peso de água você venceu o atrito do êmbolo nas paredes da seringa e o êmbolo pôde movimentar-selivremente. MONTAGEM D-2 . 1F i e o sargento à beirada da mesa. - T i o êmbolo da seringa grande 2 e passe-o pelo orifício do suporte, 14 com a parte de borracha virada para cima Para mediu este atrito, retire a 2 lata e pese-a com a água que con- tém (OUentão calcule o peso da água medindo seu volume). Anote o resultado no quadro 4 (&uni A, primeira linha). I COMO, POR QUÊ? QUADRO 4 -ATRITO D o EMBOLO NA SERINGA PESO DA LATA PEQUENA VAZIA (medido numa balanpa) PESO DA AGUA (calculado pelo volume) PESO DA LATA PEQUENA COM A B C 1.'MEDIDA 2: MEDIDA :3 MEDIDA D MeDIA íA+B+C+3) B B B - B B B - B B SI - I Repita mais duas vezes essa opeempurrar o &&o10 @a cima; tampar a suhgai paulmar a Iatinha vazia e rãpsr csi m@ia s tampa da seringa; ckawas 6 que o êmbolo se a lata com água. Anote os resultados da rdi- 3 ra+ A pressão atmosférica atua em todas as diieçãs e sentidos. das nas coh Tire a mér.- _ . _ valores encontrados para o peso da Lata com água Anote a média na oekni D (Gltima imha)? Essa média 6 aproximadamente igual à força necessária para vencer o atrito do êmbolo sobre a parede da sringa Assim, todas as forças se equilibram, e tudo acontece como se não houvesse nenhuma força atuando sobre o êmbolo. Qualquer nova força que você aplicasse sobre o êmbolo deveria teoricamente deslocá-lo. Mas existe o atrito do êmbolo sobre as paredes da seringa O peso da lata com água foi o n&io para vencer este atrito e fazer iniciar o movimento. 1Empurre o êmbolo o máximo posdvel contra o fundo da hga e qjuste a tampa à ponta da seringa Pendure a lata grande no gancho, 'mas a tampinim seringi. Vá derramando água na lata até que 0 êmbolo comece a se movimentar. Pode acontecer que o êmbo10 com- a se mover e pare. Nesse caso. continue a derramar água na lata Considere a experiência reali16 zada quando o êmbolo entrar em 3 movimento contínuo até a boca da seringa. Mas --;\da prn não &i- $Tire a lata do gancho e pese-a diretamente (com água) oil calcule separadamente o peso da água pelo seu volume. Anote os resultados no quadro 5 (coluna A). Repita mais duas vezes toda a operação e anote os novos resultados nas colunas B e C. T i a média dos valores encontrados e anote-a na coluna D (última linha). Essa média 6 aproximadamente igual à foqa mxdrb para v m c a o airito e a p r e d atmasfáig e fazer o êmbolo descer. COMO, POR QUÉ? A experiência D-3 s6 difere da 1experiência D-2por um detalhe: na primeira, a seringa fica aberta, e na segunda, tampada 56 por isso, as forças empregadas para o deslocamento do êmbolo apresentam valores tão diferentes. Quando a seringa fica tampada, a pressão se exerce rpairs de fora p u a dentro. UADRO 5 Esta força se aplica sobre a superIície (área) do êmbolo, cujo valor é 1,53 cm2. Para conhecer o valor da pressb atmosíérig divida o resultado aicontrado por 1,33. O resultado destadivisão é gf/cm2. Este é o valor aproxinudo d.pe i, si0 itmosf&ica núloerlemquefoi r a l b d r a experi&cii - MEDIDA DA PRESSAO AT A pressão atmosíérica varia segundo a altitude de cada local. Para conferir o seu resultado, faça o seguinte: I) veritique quai é a aititude da cidade em que a experiência foi realizada (consulte um atlas, enciclopédia, etc.). Para deslocar o êmbolo você pre- 2 cisou aplicar sobre ele um peso (uma força) suficiente para vencer a força da pressão atmosférica e o atrito. o valor aicwtInd0 na coLma D é portanto igual w, v i l a da foqa aercifla pdi prrssio Umos* o valor, atrito. C - - ~wça n d para veriar a b atmostkicq faça a subtramtre o v&r &w encontrado no quadro 5 e o vilor dro 4. Seu resultado é do qua- %. a - i:' .;. g?,; 2) Consulte a tabela da págiia seguinte. Na coluna A estb as iititudes: na coluna B e s t b os valores da pressio atnp$wica na unidade que voce utilizou (gf/cm2). Vaiííque qual o valor da pressão atmosférica que corresponde h atitude aproximada de sua cidade. Confia com o resultado que você encontrou. 17 ; 3) Se a diferença aitre a pressão encontrada e a pressão fornecida na tabela for da ordem de 200 gf/cmz, você obteve um resultado bastante aproximado do real, levando-se em conta as condies da ex-cia. 4) A coluna C da tabela fornece os valores da pressão atmosférica em milímetros de mercúrio (mm Hg),unidade freqüatemente utiLiada na medida da pmsão atmosf&ica PRESSÃO ATMOSFCRICA IA) ALTITUDE melros O 250 500 7 50 1000 1250 1 500 1 750 2000 2 250 2 500 2 750 3O00 E ALTITUDE ICI iBi PRESSAO Ivalores apro~m8dosI Mcm' 1033 1004 975 940 915 885 865 837 807 783 760 740 715 mrndeHq 760 738 717 69 1 673 650 636 617 593 576 558 544 526