Efeito menisco - bolinhas teimosas

Efeito menisco - bolinhas teimosas

As bolinhas se movem para a borda do copo e/ou ficam juntas por causa de um efeito chamado “menisco”.
    

Quando a água está dentro de um prato ou copo sua superfície é quase plana. Dizemos quase porque ela fica ligeiramente curvada para cima nas paredes internas do copo ou do prato, por exemplo.
Essa forma côncava nas bordas é chamada de “menisco”.

O menisco é um efeito que acontece porque a atração das moléculas da água é mais forte quando toca em paredes sólidas, como, por exemplo, o vidro do copo, a porcelana, etc. Essa força de atração também acontece entre as bolinhas de isopor.
    
Da mesma forma que acontece na borda de um copo ou prato, o “menisco” também se forma em volta da bolinha, por isso elas ficam grudadas.

Conforme as bolinhas se aproximam uma da outra, maior é à força de atração entre os dois “meniscos”. Dessa forma, a tensão superficial de um lado das bolinhas atua quase na horizontal (+ forte), mas no outro lado a força ainda atua diagonalmente para baixo (+ fraca). É por esse motivo que as bolinhas são atraídas uma para perto da outra.

Quando a água ultrapassa a borda do copo ou do prato, o “menisco” se curva na direção oposta e a força de atração das moléculas passa a ser mais forte no centro do copo ou do prato. Então, se não quiser que as bolinhas se movam em direção a borda do copo/prato é só colocar mais água no copo/prato.
    
Importante 1: a força de atração dos meniscos entre as bolinhas vai continuar existindo.
Importante 2: a água, embora ultrapasse a borda do copo/prato, não transborda por causa da força da tensão superficial da água.

Mas, o que é a tensão superficial?

Tensão superficial é um efeito que acontece na camada superficial de um líquido, no nosso exemplo a água. Esse efeito cria uma camada elástica na superfície dos líquidos fazendo com que alguns objetos ou seres vivos consigam ficar sobre a água sem afundar. Importante, o mosquito não está flutuando, repare que suas patas estão curvando a água sem romper aquela camada elástica formada pela tensão superficial.
    
Origem: selbst fotografiert von Markus Gayda - autor: Markus Gayda

Esse efeito ocorre porque as moléculas no interior de um líquido são atraídas umas pelas outras em todas as direções.

            
A água é formada juntando 2 átomos de hidrogênio e 1 átomo de oxigênio. Esses 3 átomos, quando estão juntos, formam a molécula da água – H₂O.

Existe uma brincadeira chamada cabo de guerra, é quando duas ou mais pessoas puxam as pontas de uma corda para disputar quem é mais forte. Mas, se as pessoas possuírem forças iguais, nenhuma das duas vai sair do lugar porque a força nas duas pontas da corda se anula.

É isso que acontece no interior dos líquidos. As moléculas são atraídas umas pelas outras em todas as direções, e isso faz com que a força de atração seja anulada.

Acontece que na superfície dos líquidos as moléculas são atraídas para baixo e para os lados, mas não para cima. É essa força de atração que cria uma camada elástica capaz de suportar o peso de alguns objetos e insetos.

Lembre: isso é diferente de flutuar. Se você jogar um pedaço de madeira na água ela vai flutuar, mas se você jogar um clipe na água ele vai afundar. O clipe só não afunda se tiver o peso certo, o formato certo e se for colocado sobre a água da forma certa.

Efeito menisco - bolinhas teimosas

O ideal é fazer essa experiência usando um copo grande com a boca larga. Se o recipiente for muito grande, tipo um prato, uma tigela ou bacia, a força do efeito menisco não vai conseguir puxar as bolinhas para a borda do recipiente, mas vai continuar puxando uma bolinha para perto da outra (se elas estiverem próximas).

Se não tiver bolinhas de isopor você pode usar tampas de garrafa, pedaços de isopor, palitos de fósforo, ou seja, qualquer coisa que seja pequena, leve e que flutue.
    

Efeito menisco - bolinhas teimosas

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

Professores
Essa experiência pode ser utilizada como atividade extracurricular para diversão dos alunos ou para ilustrar uma aula de:
Ciências – para explicar o que é uma molécula, átomo, água, como se formam as gotas de água, o que é a capilaridade, etc.
Física - quando falar sobre a tensão superficial dos líquidos, flutuação na água, forças de adesão e coesão da água, membranas, equilíbrio de forças, etc.

Dicas para fazer na escola

1) Essa atividade pode ser usada para chamar a atenção das crianças, envolvê-las no processo e depois começar a aula;

2) Também pode ser associada a diversas áreas da ciência como: flutuação, forças de adesão e coesão, capilaridade, tensão superficial, etc. Essa atividade pode ser usada como um chamariz para atrair a atenção do grupo para depois entrar nas explicações;

3) As crianças normalmente se impressionam com o fato das bolinhas se moverem e ficarem juntas. Elas se impressionam mais ainda quando a bolinha gruda no dedo (mergulhar o dedo na água próximo da bolinha faz com que ela se mova em direção ao dedo);

Importante: faça essa experiência com apenas uma bolinha dentro do copo. Comece colocando o dedo a 2 cm da bolinha, depois aproxime o dedo até chegar a 1 cm, a partir daí a bolinha será atraída pelo dedo.

4) Manter a atenção e despertar a curiosidade das crianças dentro da sala de aula é uma tarefa difícil que os professores enfrentam todos os dias.
Ideia para mexer com a imaginação das crianças: lançar um desafio para o grupo, como proceder para evitar que as bolinhas encostem na borda do copo? (fazer essa pergunta antes de fazer a experiência com a água ultrapassando a borda do copo)
Depois de ouvir algumas sugestões o professor pode explicar o fenômeno do “menisco” e o que fazer para evitar que ele aconteça. As crianças não precisam entender o que é o “menisco”, elas só precisam ficar curiosas.

5) Se o professor tiver um tubo de ensaio e mercúrio é possível mostrar para as crianças que o efeito do “menisco” ocorre de forma diferente dependendo do líquido e do local. A água e o mercúrio (metal líquido) se comportam de forma diferente.

            
menisco na água       menisco no mercúrio