Merg. cartesiano c/conta-gotas

Mergulhador cartesiano - conta-gotas de vidro]

Essa experiência é conhecida como “mergulhador cartesiano”. O princípio de funcionamento é muito parecido com o submarino, que nada mais é do que um meio de transporte que consegue viajar sob e sobre as águas.
    

O submarino utiliza um equipamento chamado "Tanque de Lastro" e nessa atividade vamos usar um conta-gotas no lugar desse equipamento porque o princípio de funcionamento é muito parecido.
      

Quando um submarino quer afundar os tanques de lastro se enchem de água e o submarino afunda, quando querem viajar sobre as águas os tanques de lastro se enchem de ar e o submarino sobe. É muito simples, enchendo o tanque de lastro com água o submarino fica mais pesado e afunda, enchendo com ar ele fica mais leve e sobe.

O mergulhador cartesiano segue o mesmo princípio. A água dentro de um conta-gotas não consegue entrar ou sair a não ser que você aperte a ponta de borracha. Quando apertar a ponta de borracha o ar que estiver dentro do tubo vai sair, se parar de apertar o ar entra novamente no tubo.

Se mergulhar o conta-gotas na água e apertar a ponta de borracha o ar vai sair do tubo, quando parar de pressionar a ponta de borracha a água entra no tubo para ocupar o lugar do ar que havia saído.

Isso acontece porque sem ar dentro do tubo a pressão atmosférica do lado de fora fica fazendo força para que o ar volte para dentro do tubo. Mas, quando o tubo está dentro da água não tem como o ar entrar, então a pressão atmosférica empurra a água para substituir o ar que havia saído.
    

A água não sai do conta-gotas a não ser que você aperte a ponta de borracha. Isso acontece por vários motivos:
1) a pressão atmosférica, do lado de fora do tubo, empurra a água através do furo ponta;
2) a tensão superficial que é uma espécie de camada elástica que também consegue segurar a água quando o furo não é muito grande;
3) força de coesão que é uma das responsáveis por criar a tensão superficial e a força de adesão da água que faz com que as moléculas da água grudem na parede do tubo.

Porque o conta-gotas afunda quando se pressiona a garrafa?

Pressionando a garrafa a pressão atmosférica do lado de dentro aumenta fazendo com que o ar dentro do conta-gotas se comprima (diminua de tamanho), consequentemete mais água entre no conta-gotas. Com mais água ele fica mais pesado e afunda.
    

Porque o conta-gotas sobe quando se para de pressionar a garrafa?

Quando paramos de apertar à garrafa a pressão atmosférica volta ao estado normal. Com menos pressão o ar volta ao seu tamanho original, consequentemente a água sai do conta-gotas que fica mais leve e sobe.
    

Mergulhador cartesiano - conta-gotas de vidro

Precisa remover a rosca do conta-gotas porque ela normalmente não passa pela boca da garrafa.
    
Geralmente basta empurrar a parte de borracha do conta-gotas para baixo para separar as duas partes.

Quanto maior a garrafa mais legal é o brinquedo.

Tem que fazer o teste do copo antes de colocar o conta-gotas dentro da garrafa.

1) comece enchendo o conta-gotas de água até a metade;

2) coloque o conta-gotas dentro do copo com água.

Podem acontecer 3 situações diferentes:

1) Conta-gotas ficou inclinado;

R) isso acontece porque ele está com pouca água do lado de dentro. É só colocar um pouco mais de água no conta-gotas.

2) Conta-gotas afundou no copo;

R) é porque está com muita água do lado de dentro. Tire o conta-gotas do copo, remova uma ou duas gotas de água e coloque novamente dentro do copo. Se ele continuar afundando precisa tirar mais água, se ele ficar na posição diagonal é porque tem pouca água.

3) Conta-gotas ficou na posição vertical, apenas a ponta da borracha está no nível da água no copo;

R) Aparentemente ele está pronto para ser colocado dentro da garrafa, mas ainda assim faça mais um teste, bata com a ponta do dedo na borracha, o conta-gotas deve afundar e logo em seguida subir até o nível da água no copo.
    

Nesse ultimo caso o mergulhador está pronto para ser colocado dentro da garrafa. Mesmo assim existe duas situações diferentes que é bom observar:

1) O conta-gotas afundou no copo e depois subiu bem rápido;

R) OK, pode colocar dentro da garrafa que vai funcionar. Apenas tome cuidado para que não caia nenhuma gota enquanto você move o mergulhador do copo para a garrafa.

2) O conta-gotas afundou no copo e depois subiu bem devagar;

R1) Isso é muito bom, quer dizer que o mergulhador está bem sensível, o que significa que a mais leve pressão na garrafa vai fazer com que ele afunde;

R2) Mas, se o mergulhador estiver sensível demais ele pode afundar na garrafa no momento de fechar a tampa e nesse caso ele não vai subir. Tire o conta-gotas da garrafa e remova 1 gota, isso deve resolver o problema.
    

Mergulhador cartesiano - conta-gotas de vidro

Pais
Sempre que possível ensine ou faça junto com seu(s) filho(s) atividades manuais como construir brinquedos, fazer dobraduras, experimentos científicos simples, truques de mágica, etc. Explique os detalhes da atividade, como, por exemplo, porque as coisas acontecem, quem inventou, onde é usado, etc. Isso vai ajudar a desenvolver a curiosidade, criatividade e a autoestima da criança.

Em 1968, os pesquisadores George Land e Beth Jarman realizaram uma reveladora pesquisa sobre criatividade com um grupo de 1.600 jovens nos EUA com base em testes usados pela NASA para seleção de cientistas e engenheiros.

Resultado

Uma sugestão para pais e professores fazer a introdução ao assunto:

Funciona com qualquer mergulhador cartesiano. Comece apresentando como um truque de mágica. É só fingir que sua mão do lado de fora da garrafa controla o objeto que está dentro. Se a garrafa estiver bem cheia d’água e o mergulhador cartesiano for bem sensível às crianças não vão notar que a garrafa está sendo pressionada com a outra mão.
    

Professores
Essa experiência pode ser utilizada como atividade extracurricular para diversão dos alunos ou para ilustrar uma aula de:
Ciências ou Física – quando falar sobre flutuação dos corpos, densidade, pressão atmosférica, exemplificar como funciona um submarino etc.

Ideia de atividade para fazer com os alunos

O mergulhador cartesiano pode ser usado como um barômetro. Mas, para fazer isso ele precisa estar bem sensível, ou seja, tem que ter o peso certo para afundar ao primeiro sinal de pressão na garrafa.

1) acerte o peso para que o "mergulhador" fique bem sensível;
2) pesquise a previsão do tempo, a experiência precisa começar em um dia com previsão de chuva;
3) nesse dia, quando o céu estiver coberto de nuvens e antes de chover, você coloca o "mergulhador" dentro da garrafa e aperta bem a tampa (o "mergulhador" vai ficar na parte de cima da garrafa);
4) quando o tempo começar a melhorar o "mergulhador" vai afundar na garrafa;
5) quando estiver para chover o "mergulhador" vai subir novamente.

Isso acontece porque antes da chuva a pressão atmosférica fica mais baixa. Então, se você coloca o "mergulhador" na garrafa e fecha bem a tampa a pressão do lado de fora e do lado de dentro da garrafa vão estar equilibrados com a pressão baixa.

Quando o tempo começar a melhorar a pressão atmosférica vai aumentar, então ela vai pressionar a garrafa e o "mergulhador" vai descer.

Quando estiver para chover a pressão atmosférica vai diminuir novamente, então a garrafa vai deixar de ser pressionada e o "mergulhador" vai subir.