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Fonte
de Heron e suas versões
Prof.
Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br
O professor falou e eu duvidei,
vi funcionando e não entendi,
fiz e aprendi.
"Confúcio e Léo"
(não em dias consecutivos)
Introdução
Com tal montagem você conseguirá
facilmente um jato de água de 50 cm de altura, de modo continuo, por mais
de 20 minutos, usando apenas como energia inicial, o trabalho de colocar
uma garrafa cheia de água numa plataforma elevada. A fonte de Heron (e
suas variantes) é o que apresentaremos nesse trabalho.
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Material
a)
3 placas quadradas, de madeira (A, B e C), com espessura de 0,5 cm e
lados de 15 cm;
b)
2 sarrafos (D e E) de 1 cm de espessura, 5 cm de largura e 150 cm de
comprimento.
Veja
em (a,b), das ilustrações, a montagem dessas peças, formando a
"prateleira" de 3 patamares A, B e C. A placa A apresenta um
orifício central de 3 cm de diâmetro.
(c)
2 garrafas de refrigerante (G1 e G2) tipo "Big", em plástico,
com capacidades de 2 litros. Garrafões de 3l ou 5l também servem; o
inconveniente é que, em geral, têm boca por demais estreitas.
(d)
1 bacia de plástico (BP), redonda, com diâmetro de cerca de 30 cm,
com um furo central em seu fundo, com diâmetro de 2,5 cm. Forma de
"pizza" ou de bolo também servem.
(e)
3 rolhas de borracha ou cortiça dura, com dois furos cada: uma (a
grande - R1) que se adapte ao furo da bacia e ao orifício da
plataforma A e as outras duas (R2 e R3) que sirvam para as bocas das
garrafas plásticas ou garrafões. |
Ilustração
do material
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Todos
os furos nas rolhas devem permitir a passagem (apertada) de tubos de vidro
de 6 ou 7 mm de diâmetro externo.
(f)
1 tubo de vidro (6 mm) com uma das extremidades afunilada e cerca de 15 cm
de comprimento (T1) ; 1 tubo de vidro reto com cerca de 8 cm de comprimento
(T2) ; 4 tubos de conexão em L (cotovelos em 90 graus), com pernas de 5 cm
de comprimento (T3). Os tubos de vidro, comuns em laboratórios de química,
com alguma perícia para trabalhá-los sobre o bico de Bunsen, resolvem essa
parte do material necessário. Obviamente, tubos de plástico de Ø 6 mm, também
se adaptam ao projeto.
(g)
2,5 metros de "tripa de mico" (TM) (látex) ou tubo plástico
flexível (mangueirinha) de diâmetro interno igual ou ligeiramente menor
que o diâmetro externo dos tubos de vidro.
Montagem
1) Na rolha grande (R1) passe os tubos (T1) e
(T3); numa das pequenas (R2) passe os tubos (T2) e (T3) e na última (R3)
passe os dois tubos restantes (T3).
2)
Cole o fundo da bacia na plataforma A, com os furos coincidindo. Após
secagem, pela face inferior de A, introduza a rolha grande (R1) no furo, até
parte da rolha sobressair no fundo da bacia. No ramo horizontal do cotovelo
(T3) adapte um tubo de plástico transparente ou "tripla de mico"
(TM).
3)
Na rolha que vedará a garrafa superior (R2) (já com seus tubinhos de
vidro), coloque pequenos pedaços de tubo flexível (látex ou tripa) nas
extremidades do tubo reto. Na conexão plástica desse tubo reto, adapte um
tubo de vidro que chegue até o fundo da garrafa. Você pode substituir
esse tubo de vidro por um tubo plástico flexível que chegue até o fundo
da garrafa. Faça o mesmo com um dos tubos de vidro da garrafa inferior.
Nota:
Com certa perícia e boa cola, as rolhas das garrafas podem ser substituídas
pelas próprias tampas plásticas dessas garrafas. Para boa rigidez do
sistema recomenda-se usar "durepoxi". Vide modo de usar na própria
embalagem.
4)
Fase final: Coloque água até o gargalo na
garrafa superior e adapte sua rolha bem firme (não pode vazar ar). Coloque
essa garrafa na plataforma B e encaixe o tubinho de látex (TM) na
extremidade inferior do tubo de vidro afunilado da bacia.
Com
a tripa de mico (ou mangueirinha), ligue o cotovelo da garrafa superior
(T3) com o cotovelo (T3, da esquerda) da garrafa inferior. Essa é a hora
certa de você ajustar o comprimento correto da "mangueirinha",
antes de cortá-la definitivamente.
Adapte
a mangueirinha que vem da bacia ao cotovelo (T3, da direita) da garrafa
inferior. Esse é o cotovelo que tem a tal emenda que vai até o fundo da
garrafa.
5)
Com a garrafa de cima cheia de água, para funcionar, basta colocar um
pouco de água na bacia, até cobrir a boca do tubo (T3) que deve sobressai
ligeiramente da rolha.
Dai
para a frente a "coisa" funciona por "conta própria".
Funcionamento
A energia inicial para o funcionamento do
sistema foi dada quando você colocou a garrafa na prateleira de cima. Com
isso ela adquiriu energia potencial gravitacional em relação à garrafa de baixo. Essa
energia potencial inicial mais a pressão atmosférica manterão o
funcionamento até que se esgote a água da garrafa superior.
A
água colocada na bacia, penetra na mangueira e vai até a garrafa
inferior, comprimindo e forçando a saída de ar dessa garrafa, pela outra
mangueirinha. O ar que dela sai, entra na garrafa superior, via (TM),
aumentando a pressão nos pontos do interior dessa garrafa. Isso força a
água a subir pelo tubo central e a jorrar pelo tubo afunilado.
A
água que jorra, cai na bacia (por isso a bacia deve ser suficientemente
larga para recolher essa água), entra na mangueira e vai para a garrafa
inferior, forçando mais saída de ar dessa.
E
o processo continua até que toda a água da garrafa superior passa para a
inferior, via bacia.
Depois,
é só afrouxar as rolhas e trocar as garrafas de posição --- Cheia
em cima, vazia em baixo.
Vale
a pena ver isso funcionar!
Variações
de montagem
As montagens I, II e III são equivalentes.
As partes básicas são: A - plataforma;
B - reservatório superior; C - reservatório inferior; 1, 2 e 3 - tubos de
vidro (ou plástico) e Líquido = água + corante
As
montagens acima foram feitas em vidro (frascos para aquário e globos). Os
suportes de madeira não são mostrados.
Em III usou-se de garrafões de laboratório de química com abertura próxima
ao fundo (frascos para decantação). Isso também pode ser feito com
garrafas plásticas de 2 litros, com furos próximos à suas bases.
Em
IV temos uma montagem estanque (nada se comunica com a atmosfera). Os tubos
de plástico devem ter uma de suas extremidades (E) vedadas com massa epoxi
(durepoxi). Em cada tubo, nas posições indicadas, devem ser feitos furos
(F) de diâmetro 1 mm. O líquido é uma mistura de água e álcool (20 ml
de álcool para cada litro de água) com algum corante orgânico. Para
reiniciar o funcionamento basta girar todo o sistema.
Versão
com garrafas de Gatorade®
A
bomba d'água de Heron
A técnica de funcionamento da fonte de Heron pode ser útil para elevar água
desde um reservatório A até outro reservatório B, utilizando um reservatório
intermediário C e um local para vazão de água D, em nível mais baixo.
Analise a ilustração da esquerda na figura abaixo e descreva o
funcionamento, --- percebeu que o tubo T3 deve ser algo mais comprido que o
tubo T1? A ilustração à direita é uma sugestão prática para exibir o
projeto em Feira de Ciências (não esqueça, T3 > T1).
Nova versão da fonte
de Heron
Não me canso de montar variantes desta fonte.
Neste mês de junho de 2011, mais um modelo foi acrescentado ao meu
laboratório particular.
Usei como estrutura básica, 3 tábuas de cortar queijo em pinus (lojas de R$
1,99), 3 sarrafos de 0,5 cm de espessura e 5 cm de largura, 2 garrafas PETs
de 3 litros, forma de pizza e mangueirinha de plástico transparente Ø 5 mm.
Como a estrutura e a montagem segue exatamente a descrição geral posta
acima, vamos nos contentar com a publicação das fotos.
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