( 1,0 ponto) O que é e qual a finalidade de um manômetro tipo peso morto? Explique o procedimento de utilização desse tipo de manômetro.

Passo 1

O enunciado pede duas coisas: (a) dizer o que é um manômetro tipo peso morto e qual a sua finalidade; (b) explicar o procedimento de utilização desse manômetro. Não há outros dados numéricos no enunciado — a tarefa é conceitual e procedimental.

Passo 2

O que é, em palavras simples: um manômetro tipo peso morto é um instrumento que mede pressão usando um pistão (ou êmbolo) com área conhecida sobre o qual se aplicam massas calibradas (pesos). A ideia é muito direta: a pressão do fluido empurra o pistão para cima; quando a força produzida pela pressão é igual ao peso que colocamos sobre o pistão, o pistão fica em equilíbrio (flutua). A leitura da pressão vem diretamente dos pesos conhecidos e da área do pistão.

Passo 3

Princípio físico e fórmula básica (aulas rápidas de física aqui):
  • Pressão é força por unidade de área. A definição usada é
p=\frac{F}{A},
onde \;p\; é a pressão (em pascal, Pa), \;F\; é a força (em newton, N) e \;A\; é a área do pistão (em metro quadrado, \mathrm{m^2}).
  • No manômetro de peso morto a força F vem do peso das massas colocadas, isto é a massa total \;m\; multiplicada pela gravidade \;g\;. Assim, na forma ideal e sem correções:
p=\frac{m\,g}{A}.
Expliquei cada símbolo: \;m\; é a massa total dos pesos (em kg), \;g\; é a aceleração da gravidade (aprox. \;9{,}81\\ \mathrm{m/s^2}\;, mas deve usar o valor local quando preciso) e \;A\; é a área do pistão (em \mathrm{m^2}).

Passo 4

Componentes e papel de cada um (pra você desenrolar mentalmente o aparelhinho):
  • Pistão/êmbolo e cilindro com área conhecida \;A\;.
  • Conjunto de pesos calibrados (massezinhas) que você coloca sobre o pistão; cada peso tem massa conhecida \;m_i\;.
  • Conexão ao circuito de pressão (tubo para o fluido cujo pressão se quer medir).
  • Dispositivo para permitir que o pistão gire/rode ligeiramente (reduz atrito estático) e uma janela para ver se o pistão está flutuando.
  • Sistema de vedação e, em aparelhos de alta precisão, fichas/tabelas com a área efetiva do pistão e correções calibradas.
    Saber o papel de cada peça ajuda a justificar cada passo do procedimento.

Passo 5

Procedimento passo a passo (detalhado, do jeito que você deve fazer na prova ou no laboratório):
  1. Preparação: limpe pistão e alojamento; coloque o aparelho numa base nivelada; verifique se os pesos estão limpos e com massas conhecidas. Nível e limpeza reduzem atrito e erros.
  2. Conexão e purga: conecte o manômetro à fonte de pressão por uma tubulação curta; abra a linha e purgue para eliminar ar aprisionado (se for líquido) ou sujeira.
  3. Pré-carga / assento: muitas vezes coloca-se um peso pequeno (pré-carga) para assentar o pistão e garantir contato. Isso é uma referência inicial.
  4. Elevar o pólo: aplique pressão do gerador (ou aumente a pressão da fonte) até que o pistão levante levemente do assento e haja movimento livre (ou faça uma rotação suave do êmbolo para vencer atrito). O objetivo é garantir que o equilíbrio seja dinâmico e não travado por atrito.
  5. Carregar pesos: com o pistão flutuando ou levemente levantado, adicione pesos calibrados de forma incremental até que o pistão fique em equilíbrio (flutuando estável, sem tendência clara a subir ou descer). Se o pistão afunda, retire um peso; se sobe demais, acrescente. Em manômetros finos costuma-se ajustar até que o pistão gire lentamente (sinal de baixo atrito e equilíbrio).
  6. Leitura: some as massas dos pesos \sum m_i=m. Calcule a pressão pela fórmula básica
p=\frac{m\,g}{A}.
Converta unidades conforme necessário (por exemplo, \mathrm{Pa} para \mathrm{kPa} etc.).
7) Descarregar e segurança: após a leitura, reduza a pressão com cuidado e retire os pesos; jamais retire pesos com a pressão ainda mais alta do que o peso suporta — pode saltar o conjunto.
8) Registrar: anote massa total, área usada, temperatura, valor de g empregado e qualquer ajuste ou observação (os dados servem para correção posterior).

Passo 6

Exemplo numérico curtinho (para fixar como usar a fórmula e converter unidades):
  • Suponha área do pistão \;A=1{,}00\times 10^{-4}\\ \mathrm{m^2} (que é 1{,}00\\ \mathrm{cm^2}).
  • Massa total dos pesos \;m=1{,}00\\ \mathrm{kg}.
  • Use g=9{,}81\\ \mathrm{m/s^2}.
    Calcule:
p=\frac{m\,g}{A}=\frac{1{,}00\cdot 9{,}81}{1{,}00\times 10^{-4}}=9{,}81\times 10^{4}\\ \mathrm{Pa}=98{,}1\\ \mathrm{kPa}.
Esse cálculo mostra como passar de massas e área para pressão de forma direta.

Passo 7

Correções e fontes de erro (o que o examinador pode cobrar se quiser precisão):
  • Correção de empuxo do ar sobre os pesos (correção de flutuação): os pesos deslocam ar, então a força efetiva é menor. A correção prática pode ser escrita como
p=\frac{g\,m\Big(1-\dfrac{\rho_{\text{ar}}}{\rho_{\text{peso}}}\Big)}{A},
onde \rho_{\text{ar}} é a densidade do ar e \rho_{\text{peso}} a densidade do material dos pesos.
  • Valor local de g: use o g apropriado da localidade se precisar de alta precisão.
  • Atrito pistão-cilindro: para reduzir, faz-se o pistão girar lentamente; mesmo assim, usa-se técnica chamada “método de flutuação” para minimizar erro por atrito estático.
  • Temperatura e área efetiva: a área do pistão pode variar com temperatura; instrumentos de precisão têm tabelas de área efetiva calibrada.
  • Vazamentos e leituras instáveis: são fontes óbvias de erro; sempre verificar estanqueidade.

Passo 8

Dicas para prova e para o laboratório (prático e motivador):
  • Na prova, escreva claramente a fórmula \;p=\dfrac{m g}{A}, explique o que cada símbolo significa e faça uma unidade coerente (kg, m, s).
  • Se o enunciado pede correções, apresente a expressão com empuxo e explique as variáveis.
  • Lembre-se de distinguir pressão absoluta e pressão manométrica: o manômetro de peso morto normalmente fornece a pressão diferencial entre a pressão do processo e a referência (se a referência for a atmosfera, é pressão manométrica). Se o pistão tiver a câmara de referência a vácuo, então mede-se absoluta — especifique qual é o caso no enunciado.

Passo 9

Resumo rápido e incentivo (pra fechar com confiança):
  • Em duas linhas: é um medidor que transforma massa conhecida em pressão usando \;p=\dfrac{m g}{A}. Serve para medições de alta precisão e calibração. Procedimento: preparar, purgar, levantar o pistão, adicionar pesos até equilíbrio, calcular, anotar e descarregar com cuidado. Você consegue — descreva a fórmula, explique as variáveis e comente correções se pedirem.

Resposta

Um manômetro tipo peso morto é um instrumento de medição de pressão que usa um pistão de área conhecida sobre o qual se colocam massas calibradas; a finalidade é medir com alta precisão a pressão do fluido (ou calibrar outros manômetros) determinando quando a força do peso equilibra a força produzida pela pressão. Procedimento de utilização: limpar e nivelar o aparelho; conectar e purgar a linha; assentar o pistão com pré-carga; aplicar pressão até o pistão livrar-se do assento e girar levemente; adicionar pesos calibrados incrementalmente até o pistão flutuar em equilíbrio; somar as massas \sum m_i=m e calcular a pressão pela fórmula \displaystyle p=\frac{m\,g}{A} (fazendo as correções necessárias, por exemplo, empuxo do ar: \displaystyle p=\frac{g\,m\big(1-\rho_{\text{ar}}/\rho_{\text{peso}}\big)}{A}, usar g local e tabela de área efetiva quando exigida); anotar resultados e descarregar a pressão com segurança.

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