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O principio de Pascal pode ser enunciado da seguinte forma: “Qualquer acréscimo de pressão exercido num ponto de um fluido (gás ou líquido) em equilíbrio se ...
Tipologia: Notas de estudo
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Instituto de Física “Gleb Wataghin”
F 609 – Tópicos de Ensino da Física I
Como proposto inicialmente, foi construído um dispositivo que demonstra o Princípio de Pascal de uma forma em que o próprio aluno faça o experimento proposto e possa visualizar que a força aplicada nas seringas varia conforme sua área varia. Esse experimento constitui de um suporte feito de um brinquedo de lógica para crianças, seringas e diferentes pesos conhecidos, que são guardados e carregados em uma maleta feita de madeira que contém instruções de uso do experimento e uma breve explicação da teoria.
Quando chegamos quando se fecha bruscamente uma porta, é comum se ouvir os vidros de uma janela no mesmo ambiente vibrar ou até outra porta se abrir. A explicação para esse fato é que, ao deslocar (fechando) a porta, ela exerceu uma pressão sobre o ar do ambiente onde se está, e essa pressão se transmitiu a todos os outros pontos do ambiente, através desse meio gasoso. Esse fato é denominado princípio de Pascal, que vale não só para qualquer tipo de fluido, como líquido e gases. Grandes benefícios são decorrentes do princípio de Pascal. Um dos mais utilizados é a prensa hidráulica , que é um dispositivo multiplicador de forças. Outros exemplos são os elevadores, macacos, compressores, freios, volantes hidráulicos, cadeiras de dentistas e barbeiros, entre outros.
Máquinas Hidráulicas As máquinas hidráulicas (figura 3) também são dispositivos capazes de multiplicar forças. Essa máquina é formada de dois recipientes cilíndricos comunicantes, contendo líquido. A área da secção reta de um dos recipientes é maior que a do outro (como pode ser visto na figura) e conseqüentemente, basta uma pequena força atuar no pistão menor, que logo será transmitida uma força maior para o segundo pistão.
Figura 3: Máquina Hidráulica
O cientista francês Blaise Pascal (1623-1662) enunciou, em 1653, o “princípio de Pascal” que explicava que, se a pressão existente na superfície do líquido fosse aumentada de uma maneira qualquer - por um pistão agindo na superfície superior, por exemplo - a pressão P em qualquer profundidade deve sofrer um aumento exatamente da mesma quantidade.
Figura 4: Dois exemplos do Princípio de Pascal
O principio de Pascal pode ser enunciado da seguinte forma: “Qualquer acréscimo de pressão exercido num ponto de um fluido (gás ou líquido) em equilíbrio se transmite integralmente a todos os pontos desse fluido e às paredes do recipiente que o contém.”
Esse princípio também pode ser escrito como:
“O acréscimo de pressão produzido num líquido em equilíbrio transmite-se integralmente a todos os pontos do líquido."
Retomando a figura 2, que ilustra dois recipientes cilíndricos de áreas transversais diferentes e interligados por um tubo contendo um fluido qualquer (de preferência sendo mais incompressível), ao se empurrar o pistão de área menor A 1 com uma força F 1 , produzimos um acréscimo de pressão naquela região dada por:
Para a construção do experimento proposto, foi utilizado apenas materiais de baixo custo, que estão listados a seguir:
Materiais
Seringas de volumes diferentes; Mangueira fina e bem flexível; Peças de brinquedo de criança, para fazer suporte das seringas; Madeira; Pregos; Óleo vegetal; Pesos; Dobradiças; Puxador de porta.
Métodos
O experimento se iniciou com a abertura dos furos de um suporte de brinquedo de criança. Era um brinquedo de lógica, que possuía um suporte (figura 5) para se colocar diferentes tipos de peças. Esse suporte continha furos que precisaram ser abertos com o auxilio de uma furadeira. Cada furo foi aberto de maneira que as seringas (figura
Figura 5: Brinquedo utilizado como suporte
Figura 6: seringas utilizadas no experimento A alternativa encontrada também foi utilizando um brinquedo de criança, que tinha forma de um cachimbo, possuindo na ponta uma cestinha de plástico. Fixou essa cestinha com cola quente no embolo de seringa.
encontrou um embolo que vedasse corretamente esse tubo quadrado. Essa sugestão era para facilitar a visualização de diferenças de área por pessoas mais leigas. A solução encontrada foi comparar qualitativamente o experimento, dependo de o aluno conseguir diferenciar a força aplicada quando a área da seringa que carrega o peso for diferente.
Não há uma maneira simples, utilizando os materiais que foram utilizados, fazer com que aumente o volume de óleo dentro de cada jogo de seringa. Dessa maneira, somente três ml de óleo ira de uma seringa para outra, fazendo com que os êmbolos das seringas maiores não subam muito. Para diminuir essa dificuldade, a mangueira que liga as seringas foi aumentada. Porém, o intuito desse trabalho é uma visualização do Principio de Pascal, que pode ser obtida pelo simples movimento dos êmbolos, não dependendo da altura que ele suba.
Para a realização do experimento haverá instruções de como o aluno deve proceder para a realização do experimento, além de uma teoria simples sobre o principio de pascal.
Figura 7: Projeto montado Quando o experimento for realizado pelo aluno interessado, é completamente notável a diferença de força que deve se aplicar na seringa menor para subir o êmbolo da seringa maior e fazendo a ação inversa apenas apertando os êmbolos com o dedo.
Não é uma tarefa simples quantificar o experimento dado que as áreas não são lineares e também o atrito do êmbolo com a parede da seringa não pode ser desconsiderado, e ao contrario, é ele que não permite uma analise quantitativa desse experimento. Porem, realizando o experimento será possível o aluno observar a grande diferença de força que é necessária para movimentar os êmbolos.
Com essas observações, o aluno poderá “enxergar” que a pressão é passada igualmente a todos os pontos da seringa, ou seja, o principio de pascal, que satisfaz o objetivo desse experimento.
[1]. http://educar.sc.usp.br/licenciatura/2003/hi/HIDROSTATICA_PASCAL.htm [2]. http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/mec34.htm [3]. HALLIDAY, D. e RESNICK, R. - Fundamentos de Física. Vol. 2 [4]. http://br.geocities.com/saladefisica10/experimentos/e88.htm [5]. http://colegioweb.uol.com.br/fisica/principios-de-arquimedes-e-pascal [6]. http://www.revistazoom.com.br/educadores/?conteudo=formacao_conceitos [7]. http://ciencia.hsw.uol.com.br/sistema-de-roldanas1.htm [8]. http://www.mundofisico.joinville.udesc.br/PreVestibular/2005- 1/mod1/node15.html [9]. http://www.portalimpacto.com.br/docs/00000Everton2ANOAula07PrincipiodeP ascal.pdf Palavras-chave: Princípio de Pascal, Pressão, Hidrostática
Parecer do professor:
Foi descrito um projeto simples , mas que permitirá a alunos do colegial sentir de maneira contundente o principio de Pascal que em geral não é bem compreendido pelos alunos quando eles simplesmente lêem textos. Alem disso foi dada bastante atenção aos materiais utilizados na montagem de tal maneira a garantir grande facilidade na aquisição.
As prensas hidráulicas em geral, sistemas multiplicadores de força, são construídos com base no Princípio de Pascal. Uma aplicação importante é encontrada nos freios hidráulicos usados em automóveis, caminhões, etc.Quando se exerce uma força no pedal, produz-se uma pressão que é transmitida integralmente para as rodas através de um líquido, no caso, o óleo. A figura seguinte esquematiza uma das aplicações práticas da prensa hidráulica: o elevador de automóveis usado nos postos de gasolina.
O ar comprimido, empurrando o óleo no tubo estreito, produz um acréscimo de pressão ( p), que pelo princípio de Pascal, se transmite integralmente para o tubo largo, onde se encontra o automóvel. Sendo p 1 = p 2 e lembrando que p = F/A, escrevemos:
Como A 2 > A 1 , temos F 2 > F 1 , ou seja, a intensidade da força é diretamente proporcional à área do tubo. A prensa hidráulica é uma máquina que multiplica a força aplicada. Por outro lado, admitindo-se que não existam perdas na máquina, o trabalhomotor realizado pela força do ar comprimido é igual ao trabalho resistente realizado pelo peso do automóvel. Desse modo, os deslocamentos – o do automóvel e o do nível do óleo – são inversamente proporcionais às áreas dos tubos: (^) 1 = (^) 2 F 1 d 1 = F 2 d 2 Mas na prensa hidráulica ocorre o seguinte:
Comparando-se com a expressão anterior, obtemos:
[2]. Elevador Hidráulico
As mangueiras de equipossoro utilizadas são encontradas em qualquer farmácia. Elas são usadas para fazer a conexão das seringas.
Utilizamos duas caixas de fósforo para segurar as bolinhas de gude sobre os êmbolos das seringas.
As bolinhas de gude são usadas em uma quantia de 5bolinhas por caixa. Essa montagem da caixa com as bolinhas será o peso a ser elevado.
Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-dia - UNESP/Bauru
Dos outros sites, foram utilizadas somente figuras, que já estão no relatório.