Lição do Teach
Princípio de Arquimedes: massa aparente
Os estudantes usam o laboratório remoto de Empuxo para relacionar as leituras de uma balança durante a imersão, o líquido deslocado e o princípio de Arquimedes, sem tratar a leitura em gramas como uma força exata.
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Objetivos de aprendizagem
Interpretar a leitura dinâmica em gramas do laboratório como uma leitura de massa/carga aparente, e não como uma força direta em newtons.
Estimar a massa do líquido deslocado a partir da densidade do líquido e do volume do objeto.
Comparar leituras aparentes esperadas e observadas para objetos que afundam.
Explicar como o laboratório sustenta o princípio de Arquimedes, considerando a incerteza apropriada.
Visualização da atividade do estudante
Conteúdo da atividade
Apenas visualização. Em uma sessão de aula, os estudantes podem preencher respostas e entregar o trabalho ao professor.
O que deve mudar quando um objeto é imerso?
12 min
Por que um objeto parece mais fácil de segurar debaixo d'água do que no ar? A história clássica conta que Arquimedes percebeu que um líquido exerce uma força para cima sobre um objeto imerso. Mesmo que a história da banheira não tenha acontecido exatamente dessa forma, a questão física é real: parte do peso do objeto é equilibrada por uma força para cima exercida pelo líquido.
Quando um objeto é abaixado em um líquido, o líquido exerce sobre ele uma força para cima. O laboratório mostra esse efeito por meio de uma leitura em gramas que muda. Trate essa leitura como uma leitura de massa/carga aparente, e não como uma força exata em newtons.
Modelo da massa aparente
O diagrama mostra por que a leitura do sensor diminui enquanto o objeto está imerso. Use a fórmula abaixo para objetos que afundam e continuam sustentados pela balança.
Estimativa da leitura aparente
\text{leitura esperada} \approx m_{\text{objeto}}-\rho_{\text{líquido}}V_{\text{objeto}}
Nesta aula, como você deve interpretar a leitura variável Mass: ... g?
Antes de abrir o laboratório, explique quais valores serão necessários para estimar a leitura aparente de um objeto que afunda. Que comparação você fará depois de abaixar o objeto?
Medir as leituras aparentes
28 min
A comparação mais importante é entre os dados fixos do objeto e a leitura dinâmica depois que ele é abaixado. Leia o valor variável quando o movimento estiver quase estabilizado.
O laboratório pode mostrar mais cartões de objetos do que esta atividade utiliza. A interface atual combina comandos em português com cartões e dados em inglês. Para a comparação principal, use:
- Bola cheia de bolinhas de gude:
Ball full of marbles - Bola cheia de glicerina:
Ball full of glycerin - Bola meio cheia de bolinhas de gude:
Ball half-filled with marbles - Bola de cortiça:
Ball made of cork
Os dados dos cartões aparecem como Mass, Volume, Liquid e Density.
Abrir o laboratório de Empuxo
Abra o laboratório de Empuxo por esta atividade.
Escolha
Ball full of marbles.Antes de abaixar o objeto, registre a massa, o volume e a densidade do líquido.
Pressione o botão de seta para baixo, espere até que o movimento esteja quase estabilizado e registre a leitura final de massa/carga aparente.
Calcule a massa do líquido deslocado multiplicando a densidade do líquido pelo volume do objeto.
Estime a leitura aparente esperada subtraindo a massa do líquido deslocado da massa do objeto.
Repita para
Ball full of glycerin.Acrescente uma linha com um objeto que flutua como caso de limitação. Nessa linha, registre a massa, o volume, a densidade do líquido, a leitura aparente observada e uma nota. Deixe em branco as células da massa do líquido deslocado e da leitura aparente esperada.
Tabela de evidências da massa aparente
Complete pelo menos três linhas. Use gramas e centímetros cúbicos. A leitura aparente observada é o valor dinâmico Mass: ... g depois que o objeto é abaixado. Calcule a massa do líquido deslocado e a leitura aparente esperada nas linhas de objetos que afundam. Para um objeto que flutua, concentre-se na leitura observada e na nota de interpretação; deixe em branco as células de cálculo. Você pode deixar sem preencher as linhas iniciais que não utilizar.
| Objeto | Massa do objeto g | Volume cm3 | Densidade do líquido g/cm3 | Massa deslocada g | Leitura esperada g | Leitura observada g | Nota de interpretação |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
Para um objeto que afunda, insira a leitura aparente esperada em gramas. Explique como calculou a massa do líquido deslocado, como a subtraiu da massa do objeto e como comparou a leitura esperada com a leitura observada em sua tabela.
Relacionar os dados ao princípio de Arquimedes
20 min
O princípio de Arquimedes afirma que o efeito do empuxo depende do líquido deslocado. Neste laboratório, as evidências mais claras vêm de objetos que afundam e continuam sustentados pela balança.
Compare as leituras previstas e observadas de dois objetos que afundam. Nesta verificação em aula, considere que concordam quando a diferença absoluta não ultrapassa 2 g; é um critério de trabalho, não uma especificação de exatidão do sensor. Informe cada leitura prevista, a observada e a diferença absoluta. Cada par atende ao critério? Mencione uma limitação da medição.
Por que um objeto que flutua torna o modelo de leitura aparente mais complicado? Use um objeto flutuante da sua tabela.
Escreva uma conclusão: como o laboratório sustenta o princípio de Arquimedes? Inclua um cálculo, uma leitura observada e uma limitação de usar leituras em gramas em vez de medidas de força.
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