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Motor de Capilaridade
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Alegação |
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Resposta
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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.
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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. |
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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.
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