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Rodas de
Capilaridade
Alegação
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Imagine
duas rodas construídas muito cuidadosamente com eixos paralelos em
rolamentos sem atrito. Elas são parcialmente imersas em um líquido. Há
um espaço muito estreito entre as porções planas das rodas, fazendo o líquido
ser puxado para cima entre elas, por ação capilar. O peso desta porção
de líquido exerce forças descendentes em ambas as rodas, então elas
deveriam girar em direções opostas. Considerando que a força é
pequena, a velocidade também será baixa, dando à coluna capilar tempo
bastante para subir para compensar este movimento, mantendo uma altura estável.
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Como
sempre, ignore fricção e viscosidade. A coluna de líquido está certamente
sendo apoiada por uma força para cima fornecida pelas rodas. A terceira lei
de Newton requer que a coluna de líquido exerça uma força descendente nas
rodas. Isto seguramente fornece um torque em ambas as rodas. Assim,
por que elas não se movem?
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Outra
versão, usando polias e correias é mostrada à esquerda. O princípio é
o mesmo, assim esperamos que esta funcione tão bem quanto a roda.
Resposta
Nós
ignoramos o problema óbvio do tempo que levaria para a capilaridade
responder ao movimento da roda. (Deixe a roda se mover muito lentamente.)
Há um engano muito mais importante na alegação feita para este
dispositivo. A adesão entre a roda e a água que supostamente faz este
trabalho não age apenas no vaso capilar estreito entre as rodas, mas também
em qualquer lugar onde água entra em contato com a roda. Há forças
descendentes devido à água agindo na roda ao redor do nível de água do
reservatório, e elas fornecem um torque que se opõe exatamente ao torque
devido ao líquido no vaso capilar. Estas forças estão em equilíbrio, e
então o sistema permanecerá estático (parado). Qualquer um que olhou
cuidadosamente para água em equilíbrio estático em um copo de vidro ou
proveta notou o meio-menisco ao redor de toda a extremidade da superfície.
Estas forças de adesão entram em equilíbrio enquanto o líquido sobe no
vaso capilar, respondendo ao mudar seu o tamanho para alcançar uma condição
de equilíbrio muito como outras forças elásticas de contato de material
fazem. |
Este
é outro caso onde estados final e inicial são indistinguíveis e é o princípio
de Stevin que os 'inventores' deveriam ter abordado neste projeto, em sua fase
conceitual.
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