MÉTODO DE BAIXO CUSTO PARA OBTENÇÃO DE DENSIDADE DE LÍQUIDOS EM SALA DE AULA

## MÉTODO DE BAIXO CUSTO PARA OBTENÇÃO DE DENSIDADE DE LÍQUIDOS EM SALA DE AULA

## Lohan Walker 1 , Gustavo Rubini 2 , Germano Maioli Penello 3

- 1 Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Física, lohanwalker@hotmail.com
- 2 Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Física, gustavorubini@if.ufrj.br
- 3 Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Física, gpenello@if.ufrj.br

Palavras-chave : Instrumentação para o Ensino; Densidade; Experimentos de baixo custo

## Resumo expandido

A importância da experimentação no Ensino de Física é reconhecida pelos professores como essencial para desenvolver competências científicas nos alunos e diversos trabalhos sobre a construção de equipamentos para a medição da densidade (definida como massa / volume) estão disponíveis na literatura da área (MONTANHEIRO, 2004; JESUS e PALMA, 2008; SILVA e FONSECA, 2021) No entanto, estudos revelam que a maioria dos professores não se sente capacitada para desenvolver atividades experimentais (THOMAZ, 2000). Essa situação cria a necessidade de se conseguir elaborar um experimento que seja de fácil utilização e baixo custo, sem comprometer a precisão e acurácia das medidas.

Neste trabalho apresentamos o processo de calibração de um método simples e de baixo custo para a medição da densidade de líquidos sem a necessidade de equipamentos de laboratório sofisticados que apresentam como resultado excelentes precisão e acurácia nos valores das densidades de líquidos. O objetivo é incentivar que professores e alunos desenvolvam atividades experimentais dentro ou fora de sala de aula, utilizem técnicas de análise de dados e discutam a precisão e acurácia das medidas. Desta forma, pode-se planejar abordagens de ensino que destaquem a importância dos experimentos na atividade científica (SERÉ, COELHO e NUNES, 2003).

Os materiais e equipamentosnecessários para a montagem experimental são uma balança digital de cozinha (modelo SF-400, custo de aproximadamente R$ 20,00), encontrada em lojas de conveniência, medidores domésticos de volume (copo de liquidificador, copo medidor culinário, jarra de suco), uma seringa (custo aproximado de R$ 2,50) e líquidos diversos.

A precisão e a acurácia de um equipamento são fundamentais para que se obtenha informações confiáveis. A balança SF-400 tem uma calibração de fábrica que garante uma boa acurácia nas medidas de massa. Portanto, garantida essa acurácia, a primeira etapa dessa análise consistiu em certificar a reprodutibilidade das medidas verificando as incertezas experimentais.

Os valores das massas medidas variam em função da posição do objeto sobre a balança. Foram realizadas medidas de massas em 5 posições diferentes (ver Figura 01). A faixa das medidas de massa variou de 25g até 1907g e a incerteza relativa

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

19 a 30 de julho de 2021 - Online

encontrada foi entre 1,0% e 1,5%. Para simplificar a análise, a incerteza da balança será superestimada associando o valor de 1,5% para as medidas realizadas dentro dessa faixa.

Figura 01: Balança utilizada mostrando o botão tara e as posições onde o recipiente foi colocado.

<!-- image -->

Uma vez compreendida a precisão das medidas feitas na balança, foi possível realizar o experimento para obtenção do valor da densidade da água. Inicialmente foram utilizados três recipientes: copo de liquidificador (volume máximo de 1500 ml com marcações a cada 250 ml), copo medidor (volume máximo de 250 ml, marcações a cada 50 ml) e jarra de suco (volume máximo de 3000 ml com marcações a cada 1000 ml). Para cada marcação de volume, foram feitas medidas de massa de dois modos: i) não utilizando o botão tara da balança; ii) utilizando o botão tara. O botão tara é utilizado para zerar a medida da massa, sendo utilizado na situação ii para realizar a subtração do valor da massa do recipiente no início da medição.

Figura 02: Gráfico e ajuste linear das medidas de massa e volume de água para um copo medidor. Em azul as medidas de massa do recipiente + massa da água; em laranja as medidas apenas da massa da água (uso do botão 'tara'). As equações com fundo colorido representam o ajuste linear em cada situação.

<!-- image -->

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

A Figura 02 apresenta gráficos e ajustes lineares realizados nas medidas feitas com o copo medidor. O coeficiente angular obtido através do ajuste linear fornece o valor da densidade da água para essas medidas. O coeficiente linear indica que, mesmo com volume zero, existe uma massa associada a esta situação permitindo a discussão da medida indireta da massa do recipiente utilizado.

A partir dos valores obtidos no ajuste para os três recipientes iniciais e utilizando como referência o valor de 0,9970 g/ml (LIDE, 2004, p.4-37 e 4-94) para a densidade da água a uma temperatura e pressão de 25ºC e 1 atm, respectivamente, verifica-se que uma boa acurácia na determinação da densidade da água (dágua) com esses medidores de volume nem sempre é atingida (Tabela 01).

Tabela 01: Valores medidos da densidade da água.

Para demonstrar os conceitos de precisão e acurácia, as medidas foram refeitas utilizando uma seringa adquirida em farmácias. Os resultados (Figura 03) confirmam a precisão e a acurácia da medida de densidade da água com a utilização da seringa (dágua = 0,995 ± 0,004 g/ml).

Figura 03: Gráfico e ajuste linear das medidas de massa e volume de água realizadas com uma seringa. Os círculos indicam os dados experimentais e a reta tracejada representa o ajuste linear com a equação em fundo laranja.

<!-- image -->

Essa sequência de experimentos demonstra como equipamentos calibrados são fundamentais para a obtenção de medidas confiáveis. A melhor configuração para a medida de densidade da água foi obtida utilizando a seringa como medidor de volume. Para explorar essa configuração, realizou-se medidas da densidade para azeite de oliva, óleo de soja e vinagre (Tabela 02) novamente obtendo-se valores

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

acurados (ANTAS, 2014, p.21; NOUREDDINI, TEOH e CLEMENTS, 1992, p.1186; RIZZON e MIELE, 1998, p. 27).

Tabela 02: Valores de densidade de referência e resultados experimentais para outros líquidos.

Este método experimental de baixo custo revelou-se simples, preciso e acurado. A profundidade das discussões sobre medidas, incertezas experimentais e algarismos significativos, além da construção, leitura e interpretação de gráficos, pode ser adaptada para os ensinos fundamental, médio e superior. Pode-se desenvolver sequências didáticas com foco no conteúdo, usando a densidade como preparação para o estudo da hidrostática, ou na experimentação, enfatizando os processos de medição e de análise de dados.

## Referências

ANTAS, S. M. V. Avaliação de parâmetros de qualidade de diferentes marcas de azeite de oliva extravirgem . Monografia (Curso de Graduação em Farmácia), Centro de Educação e Saúde, Universidade Federal de Campina Grande. Cuité, 2014

JESUS, V. L. B.; PALMA, D. A. Medição da densidade do óleo: uma discussão sobre sua otimização e diminuição dos custos via incerteza relativa da medição. Revista Brasileira de Ensino de Física . v.30, n.3, 2008.

LIDE, D. R (ed.). Handbook of Chemistry and Physics , 84th Edition, CRC Press Ltd., 2004.

MONTANHEIRO, M. N. S. Determinação da densidade de sólidos e líquidos pelo princípio de Arquimedes. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v.21, n. Especial, 2004.

NOUREDDINI, H.; TEOH, B. C.; CLEMENTS, L. C. Densities of Vegetable Oils and Fatty Acids. Journal of American Oil Chemists Society , v.69, n.12, p.1184-1188, 1992.

RIZZON, L. A.; MIELE, A. Características analíticas de vinagres comerciais de vinhos brasileiros. Brazilian Journal of Food Technology , v. 1, n.1-2, p.25-31, 1998.

SERÉ, M.G.; COELHO, S. M.; NUNES, A. D. O Papel da Experimentação no Ensino da Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v.20, n.1, 2003.

SILVA, W. R. F.; FONSECA, J. M. Utilizando uma balança digital de baixo custo como densímetro e sua aplicação a sólidos e líquidos. Revista Brasileira de Ensino de Física , v.42, e20200364, 2021.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

THOMAZ, M. F. A experimentação e a formação de professores de ciências: uma reflexão. Caderno Catarinense de Ensino de Física, v.17, n.3, 2000.