Bolha de Água
Bolha de Água
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Áreas do conhecimento ligadas ao experimento
Física;
Química;
Matemática.
Princípios físicos ligados ao experimento
Tensão superficial;
Interações moleculares.
Princípio correlato ao experimento
Estabilidade das formas geométricas.
Descrição do experimento
Entender a ocorrência do fenômeno da tensão superficial nos líquidos é um capítulo importantíssimo no que se refere ao estudo da Física e da Química.
O experimento mostrado na foto ao lado, a Bolha de água, é um excelente caminho para estabelecermos uma analogia no que se refere à estrutura de uma gota de água, por exemplo. É importante ressaltar que até mesmo na simples formação de bolhinhas de sabão, que notamos ao lavarmos as mãos, estão presentes interações intermoleculares, que caracterizam a ocorrência do fenômeno da tensão superficial. Assim, de uma forma bastante simples, foi posicionado, no centro de uma pia, um bico que jorra um pequeno filete de água capaz de formar uma cúpula, que lembra a forma da membrana elástica na superfície dos líquidos, devido à ação da tensão superficial.
A forma de uma gota em queda livre
A foto ao lado mostra uma gota de mercúrio que, pela ação da gravidade, se desprendeu de uma agulha de seringa com 0,7 mm de diâmetro. Repare que o efeito da tensão superficial fez com que a massa de mercúrio assumisse a forma esférica. De fato, a tensão superficial propiciou a formação de uma película elástica que foi puxada para dentro do líquido, por conta das forças intermoleculares. Com isso, a massa líquida busca a forma mais compacta que existe na natureza, que é a forma esférica.
A tensão superficial
Além da atração natural da gravidade, as moléculas de um líquido também exercem atrações entre si. De fato, uma dessas atrações, inclusive, é de origem elétrica. E são essas forças atrativas que mantêm, justamente, as moléculas unidas e, com isso, não permitem que os líquidos se espalhem no espaço. Assim, quando um líquido é posto num copo, por exemplo, surge uma diferença muito clara entre as interações das moléculas que ficam na superfície deste líquido e as que ficam em seu interior. No caso das moléculas que se encontram no interior do líquido, as interações se dão em todas as direções e, com isso, as forças se anulam entre si. Já as moléculas que ficam na superfície do líquido, e que formam uma espécie de tecido, sofrem apenas atração lateral e inferior. Estas forças que atuam para o lado e para baixo criam uma tensão superficial. Assim, esse processo propicia a formação de uma película, que é o resultado do equilíbrio alcançado entre a tendência das moléculas superficiais penetrarem no líquido, devido às interações intermoleculares de origem elétrica que existem entre elas, e a resistência oferecida pelas demais moléculas, que estão na parte de dentro do líquido. Após o equilíbrio dessas forças, aparece um efeito interessante e que leva esta superfície a se comportar como se fosse uma membrana elástica.
Essa membrana elástica, então, funciona de forma muito parecida com uma pele de animal mantida sob tensão na boca de um cilindro (tambor), formando uma membrana elástica. Daí, a associação do nome do fenômeno (que ocorre na superfície dos líquidos) com outras situações onde as superfícies se encontram sob tensão.
Perguntas frequentes:
1) Por que na superfície de um líquido, aparentemente tranqüila, os corpos que flutuam neste líquido tendem a ir para as bordas do recipiente que os contém?
Resposta: Vamos abordar duas situações distintas:
a) Recipiente parcialmente cheio: neste caso, forma-se uma superfície côncava entre as bordas do recipiente e, quanto menor for o seu diâmetro, maior será o encurvamento dessa superfície; aumentando, assim, a tensão superficial em suas bordas, o que puxará o corpo flutuante para as bordas do recipiente, devido às interações de origem intermoleculares.
b) Recipiente quase transbordando: Agora, forma-se uma superfície convexa entre as bordas do recipiente. Quando o recipiente estiver cheio e quase transbordando, será formada uma cúpula e, no vértice dessa calota, a tensão superficial será bem maior. Assim, um corpo que flutua nessa superfície irá, aos poucos, sendo atraído para a parte central do recipiente.
Desse modo, só a situação (a) é que comprova a afirmação feita na pergunta.
2) Por que uma pequena massa de água (gota) quando cai assume a forma esférica?
Resposta: Como se sabe, toda configuração de equilíbrio estável corresponde a um mínimo de energia potencial do sistema. Assim, devido às forças de interações entre as moléculas que formam a superfície dos líquidos (tensão superficial), quanto menor a área de exposição da massa líquida em relação ao meio externo, menor será a energia potencial dispensada pelo sistema, o que acontece no caso da forma esférica.
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