|
Motor de
Capilaridade
|
Alegação
Este é um de minhas propostas MP favoritas para desafiar a compreensão
do estudante. A maioria dos estudantes sabe que líquidos subirão em um
tubo muito estreito, o processo sendo chamado de "ação
capilar". Suponha que nós tenhamos tal tubo capaz de erguer o líquido
a uma altura h. Agora abaixe o tubo a uma altura menor que h. Ou faça um
buraco em seu lado debaixo do topo da coluna líquida. O líquido,
tentando subir para a altura h, irá então jorrar pelo topo do tubo onde
uma roda d'água muito pequena poderia capturar sua energia enquanto cai.
|
|
Resposta
|
|
Isto
provavelmente só enganará as pessoas que não consideraram por que a ação
capilar ocorre. O diagrama habitual do livro de ensino é mostrado à
esquerda. A tensão superficial age na superfície do líquido onde ele
está em contato com as paredes do tubo. Estas forças intermoleculares
entre líquido e o vidro são maiores que a entre as moléculas do próprio
líquido. Isto dá origem a uma forma de "menisco" curvada na
parte superior da superfície do líquido. As forças ao redor desta
interface atuam segundo um ângulo a
, com a vertical, de modo que existirá um componente vertical capaz
manter a coluna de água em equilíbrio estático. Sendo F a
resultante das forças na interface e P o peso da coluna líquida de
altura h teremos:
F.cosa
= P
|
Se
abaixarmos agora gradualmente o tubo até que que sua altura seja igual ou
menor que h o líquido não irá jorrar. A superfície líquida entrará em
contato com a beirada superior do tubo, e enquanto o tubo é abaixado o
menisco o acompanha.
|
A
versão mostrada, com um buraco no lado, é até mesmo mais facilmente
desacreditada. O buraco deve ser menor que o diâmetro do tubo, assim ele
também exibirá forças de tensão superficial, e provavelmente nenhum líquido
o atravessará. Porém, o inventor diligente cobre as paredes do buraco
com um material que não tem praticamente nenhuma adesão molecular com o
líquido.
|
|
O
inventor será desapontado com o resultado. Por quê?
A figura mostra vários resultados possíveis, dependendo do tamanho do buraco
e sua posição. Se o buraco é perfurado debaixo do menisco líquido, qual é
a pressão do líquido bem no interior este buraco? Será menor que a pressão
atmosférica. Se o buraco é perfurado bem abaixo da superfície, um menisco
novo será criado neste novo buraco, inchando para dentro. Se é perfurado
mais abaixo, o ar pode entrar no buraco e criar uma bolha de ar que subirá ao
topo, enquanto o nível do líquido diminui. A pressão aumenta para baixo em
um líquido, pela lei d.g.h onde d é a densidade líquida. A pressão na
superfície líquida fora do tubo capilar é a atmosférica. Assim a pressão
dentro do tubo tem que diminuir com a altura até o menisco. É esta diferença
de pressão do outro lado do menisco que é responsável por sua forma
curvada.
O terceiro exemplo na figura mostra o que deveria acontecer se o buraco
lateral fosse grande o bastante. Um menisco inverso poderia se formar perto do
buraco, se opondo à subida da coluna de água, e reduzindo a altura da
coluna.
Copyright © Luiz Ferraz
Netto - 2000-2011 ® - Web Máster: Todos os Direitos Reservados
|
