A balança. Medida da densidade de um sólido

Unidades e medidas

Sistema Internacional
de Unidades

Símbolos das grandezas 
físicas

Erros nas medidas

A balança

O paquímetro

Medida da área de 
uma figura retangular

Medida do volume de um corpo irregular

Cálculo da densidade

Atividades

A balança é um instrumento básico no laboratório de Física. Tem muitos tipos de balanças, a que simularemos no programa interativo é uma das mais fáceis de manejar.

Para pesar um determinado objeto, é deslocada massas calibradas ao longo de quatro hastes e são fixadas em posições etiquetadas. As divisões nas quatro haste da balança do laboratório de Física da E.U.I.T.I. de Eibar são as seguintes:

de 100 g até 200 g de 10 g até 100 g de 1 g até 10 g  de 0.1 g até 1 g.

Medida da massa de um corpo

No programa interativo a balança somente mede gramas, o erro que é cometido em uma medida é ± 1 g. Por exemplo, se pesarmos um corpo e a leitura dos indicadores da balança obteve o número 234. A medida do peso deste corpo é expresso como

Veja as regras para expressar uma medida e seu erro

Medida do volume de um corpo irregular

Para medir a densidade de um corpo é necessário conhecer sua massa e seu volume.

Se o corpo é irregular, não podemos calcular seu volume de forma direta. Porém podemos calcular indiretamente aplicando o princípio de Arquimedes.

"Todo corpo submerso em um fluído experimenta um empuxo igual ao peso do volume de líquido deslocado pelo corpo"

Submergindo completamente o corpo em água, o peso do corpo diminui devido ao empuxo. A leitura da balança F’ é igual a diferença entre o peso P e o empuxo E. F’=P-E.

Se o fluido é água, cuja densidade é a unidade, o peso em gramas coincide numericamente com o volume medido em centímetros cúbicos.

O empuxo é igual a diferença F-F’ entre o que marca a balança antes e depois de submergir o corpo em água e igual numericamente ao volume do corpo em centímetros cúbicos.

Erro na medida de volume.

Das fórmulas dos erros nas medidas indiretas é obtido que o erro de uma diferença

Como DF=DF’=1 , é obtido que DV=1.41 cm³ . Expressando o erro com um só algarismo significativo (regra 2),  DV=1 cm³

Cálculo da densidade do corpo sólido

Definimos a densidade como o quociente entre a massa e o volume de um corpo.

Das fórmulas dos erros nas medidas indiretas, obtemos que o erro de um quociente

donde Dm=DV=1.

Uma vez obtidas as medidas de m e de V, calculamos Dr, mediante a fórmula anterior.

Exemplo:

Vamos medir a densidade do cobre

1. Clicando no botão titulado Peso, é gerado uma peça feita de cobre de massa e volume desconhecido.

Com a balança medimos sua massa: m=410 ±1 g.
 
2. Clicamos no botão titulado Volume o corpo é submerso em água

Efetuamos uma nova medida com a balança m’=364 g
O volume é numericamente igual ao empuxo, a diferença entre ambas medidas.
V=410-364=46 ± 1 cm³
 
3. Cálculo da densidade

4. A densidade é expressa

r =8.9± 0. 2 g/cm³

Finalmente, comparamos o valor calculado com o proporcionado pelo programa interativo clicando no botão titulado Resposta.

Atividades

Para medir o peso de um corpo clique sobre o botão titulado Peso. Desloque as flechas ao longo das guias atuando com o mouse, clique com o botão esquerdo do mouse, e quando o ponteiro está sobre uma flecha, arraste o mouse, e a flecha é deslocada automaticamente para a posição seguinte sobre a guia. Solta-se o botão esquerdo do mouse, quando a flecha está situada na marca desejada.

A balança está equilibrada quando o braço está em posição horizontal e a flecha azul aponta a marca vermelha situada a sua direita. O mesmo procedimento é empregado para medir o volume.

• Selecione uma substância no controle de seleção titulado Material.
• Clique no botão titulado Peso. Medir o peso do corpo
• Clique no botão titulado Volume. Meça o volume do corpo, calculando a diferença das medidas dos pesos do mesmo corpo antes e depois de submergi-lo em água.
• Calcule a densidade e o erro na medida da densidade, expressando corretamente a medida, o erro e a unidade da medida.

Finalmente, compare o resultado obtido com o valor da densidade do corpo clicando o botão Resposta.