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1. INTRODUO A introduo da investigao experimental e a aplicao do mtodo matemtico contriburam para a distino entre Fsica, Filosofia e Religio, que originalmente, tinham como objetivo comum compreender a origem e a constituio do Universo. Essa distino ocorre fortemente a partir do sculo XIX, onde a fsica limita-se a estudar mais profundamente um menor nmero de fenmenos, chamados fenmenos fsicos. Atualmente, as teorias permitem predizer resultados experimentais com grande preciso e muitas delas tm aplicaes tecnolgicas. Contudo, no aborda as aplicaes tecnolgicas, e sim o interesse pelos resultados experimentais que tem um efeito direto sobre a aceitao ou rejeio de uma teoria fsica. A aceitao de uma nova teoria no significa a adoo de conceitos absolutamente novos, pois uma nova teoria construda a partir de conceitos j existentes, sendo assim o desenvolvimento dessa cincia semelhante s demais, um processo contnuo e que exige bastante pacincia. Os resultados so obtidos a partir de muitas anlises tericas e especialmente da verificao experimental. E com essa ideia de verificar uma teoria que foi realizado o trabalho que aqui ser apresentado. Nesse estudo, buscou-se verificar a Lei de Boyle que foi imposta a muitos anos atrs atravs de mtodos parecidos com o que foi realizado aqui, anlise experimental. Enfim, buscou-se simular a anlise experimental feita por Boyle, que o permitiu tirar concluses da relao do volume, com a presso em uma transformao isotrmica, ou seja, tentou-se aproximar os resultados do experimento com a teoria dada pela Lei.

2. OBJETIVOS

Estudar a Lei de Boyle, busca verificar o que a mesma afirma, dizendo que em uma transformao isotrmica a presso e o volume so inversamente proporcionais. Tudo isso com auxlio e equipamento adequado.

3. FUNDAMENTAO TERICA

As condies nas quais um dado material existe so descritas por grandezas fsicas como a presso, o volume, a temperatura e a quantidade de substncia, descrita pela massa ou pelo nmero de moles. Essas variveis indicam o estado do material e so chamadas de variveis de estado. Cabe ressaltar que as variveis de estado no necessariamente devem ser grandezas fsicas.Um dos estudos da fsica exemplifica muito bem essas variveis numa relao uma com a outra, o estudo dos gases. Um gs formado de tomos que ocupam totalmente o volume do recipiente em que se encontram e exercem presso sobre as paredes, podendo-se atribuir uma temperatura nica a um gs confinado. Essas trs propriedades esto relacionadas ao movimento dos tomos. Geralmente quando se varia uma dessas grandezas provocam-se variaes nas demais, por vezes a relao entre presso volume temperatura e quantidade de substncia ou bastante simples, ao ponto de poder ser expressa na forma de uma equao, a qual chamada de equao de estado. Uma equao de estado umaequao termodinmicadescrevendo o estado da matria sob um dado conjunto de condies fsicas. umaequao constitutivaa qual prov uma relao matemtica entre duas ou maisfunes de estadoassociadas com a matria, tais como suatemperatura,presso,volume,energia internaouentropia. Equaes de estado so teis em descrever as propriedades defluidos, misturas de fluidos,slidos, e at o interior de estrelas.

O uso mais importante de uma equao de estado o de prever o estado de gases e lquidos. Uma das mais simples equaes de estado para esta finalidade alei dos gases ideais, a qual aproximadamente exata para gases a baixas presses e temperaturas moderadas. No entanto, essa equao se torna cada vez mais imprecisa a altas presses e temperaturas mais baixas, e falha em prever a condensao de um gs em um lquido.A lei de Boyle foi talvez primeira expresso de uma equao de estado. Em 1662, o fsico e qumico irlandsRobert Boylerealizou uma srie de experimentos empregando um tubo de vidro em forma de J, que foi selado em uma extremidade.Mercriofoi adicionado ao tubo, prendendo uma quantidade fixa de ar no final curto e selado do tubo. Em seguida, o volume de gs foi cuidadosamente medido como mercrio adicional adicionada ao tubo. A presso do gs pode ser determinada pela diferena entre o nvel de mercrio na extremidade curta do tubo que apresentava abertura na extremidade. Atravs destas experincias, Boyle observou que o volume do gs variou inversamente com a presso. Em forma matemtica tem-se a seguinte relao:

Esta lei rege as transformaes isotrmicas de um gs, isto , aquelas que se processam a temperatura constante. A temperatura constante, a presso de um gs inversamente proporcional ao seu volume. Enfim, a presso o volume e a temperatura absoluta de uma dada massa gasosa, contendo moles do gs, esto relacionados pela equao:

Onde

Denominada equao de estado de um gs ideal. Essa equao define um estado do gs, isso significa que, para uma dada massa gasosa, se medirmos sua presso, seu volume e sua temperatura, em certa situao, obteremos valores tais que o produto sempre igual ao produto .

4. METODOLOGIA4.1. MATERIAIS Aparelho para Lei de Boyle-Mariotte (figura 4.1); Termmetro Infravermelho (figura 4.2); Site para converso de unidades http://www.webcalc.com.br; OriginPro 8.

4.2. MTODOS

Inicialmente, dispondo de toda aparelhagem necessria e com auxilio de orientadores capacitados montou-se o equipamento para que se pode dar incio ao experimento. Utilizou-se um aparelho que simula a experincia que Boyle realizou quando props sua lei. Figura 4.1 (Fonte: imagem adquirida durante o processo experimental).

O cilindro que visto na imagem acima possui 15cm de comprimento e 3,8cm de dimetro. Comeou-se o experimento preparando o aparelho, para que se pudesse iniciar a coleta de dados, assim abriu-se a vlvula e ajustou-se o pisto para obter o volume mximo, ou seja, um cilindro com 15cm de altura e 3,8cm de dimetro. Com esses valores calculou-se o volume mximo ou volume inicial. Logo aps buscou-se encontrar o nmero de moles, para isso utilizou-se a equao (2), considerando e a temperatura obtido atravs da utilizao do termmetro infravermelho.

Figura 4.2 (Fonte: imagem adquirida durante o processo experimental).

Realizando os clculos, obteve-se:

Observao: o desenvolvimento dos clculos em questo segue em anexos. Em seguida ajustando-se o pisto obtiveram-se valores de altura do cilindro para valores de presso. Seguiu-se fazendo os ajustes, inicialmente o mesmo foi ajustado at encontra ento se anotava o valor da altura para aquela presso. Depois se ajustou at e assim por diante, repetindo-se o processo at evidente que para cada presso a altura do cilindro variava, consequentemente tiveram-se tambm volumes diferentes, ou seja, variando-se a presso, varia-se tambm o volume.

5. RESULTADOS E DISCUSSES

Aps todo esse processo, pode-se calcular os valores de volumes para cada presso e tambm foi feito algumas transformaes da unidade de presso, onde transformou-se em e , tudo isso feito com o auxlio do seguinte site: http://www.webcalc.com.br. Dessa maneira disponibiliza-se a seguinte tabela.

Tabela 5.1.

Observao: todos os clculos seguem em anexos. Dispondo desses dados buscou-se representar a relao da presso com o volume, j foi visto que o produtos dessas duas grandezas permanece constante, claro que nesse estudo houve erros relacionados medio, por isso como j foi apresentado aqui, teve-se uma tolerncia para tal erro, para resaltar, essa tolerncia foi de 5%, e foi visto que nessas condies o produto permanece constante. Enfim, considerando a tolerncia de erro igual a 5% foi verificado que o produto permaneceu constante, como j era esperado de acordo com a lei de Boyle.

Com os valores da tabela acima eo auxlia do OriginPro8 pode-se traar o grfico .

Figura 5.1.( Fonte: grfico produzido no OriginPro8)

Fez-se tambm a linearizao do grfico apresentado na imagem acima, para isso analisou-se a equao (2) de forma a comparar com a equao da reta, dada por:

Isolando na equao (2) e comparando-a com a equao (3), obtemos as seguintes relaes:

Desse modo, obteve-se a seguinte tabela com os dados linearizados.

Tabela 5.2.

Com a utilizao desses dados pode-se construir um novo grfico que fica na seguiinte forma:

Figura 5.2. (Fonte: Grfico produzido no OriginPro8)

6. CONCLUSES

Tira-se de concluso do trabalho aqui realizado que anlises experimentais no so fatores isolados, sempre tem-se uma base terica de experimentos com mesma finalidade j estudados, permitindo comparaes entre dados destes experimentos. Aqui foi visto que a relao presso e volume estudado por Boyle, como era previsto, tem um produto que permanece constante, considerando claro os 5% de tolerncia de erro. Ficou claro que presso e volume tem uma relao inversamente proporcional, visto que quando duplica-se a presso se tem um volume pela metade, ou quando triplicamos a presso, o volume dividido por trs.Enfim, chega-se ao conceito de que teorias so fundamentais no estudo em qualquer rea, mas que s possvel estabelecer uma teoria com base em anlise experimental, com coleta de dados, muita criatividade e pacincia.

REFERNCIAS

HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Fsica, Vol. 1 Mecnica, 8 ed., Rio de Janeiro: LTC, 2008.

RAMOS, L. A. M. Fsica Experimental. Porto Alegre: Mercado Aberto, 1984. p.344.

SERWAY, Raymond A. et al. Princpios de Fsica. CENGAGE LEARNING, 1 ed., So Paulo, 2008.

TIPPLER, P. A. Fsica para Cientistas e Engenheiros, Vol. 1 Mecnica, 7 Ed Traduzida. Rio de Janeiro. Editora Guanabara Koogan S.A., 1994.

ANEXOS