Efeito Menisco - atração

Efeito Menisco e a força de atração

As tampas de garrafa se movem e 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 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, a porcelana, etc. Essa força de atração também acontece entre as paredes das tampas de garrafa.
    
Da mesma forma que acontece na borda de um copo ou prato, o “menisco” também se forma em volta da tampa de garrafa. Como a proximidade entre as tampas de garrafa é maior que a proximidade entre as tampas e a borda do prato elas se movem e ficam juntas. Mas, é uma questão de tempo para que elas se movam até a borda do prato.

Conforme as tampas se aproximam uma da outra, maior é à força de atração entre os dois “meniscos”. Dessa forma, a tensão superficial de um lado das tampas atua quase na horizontal (+ forte), mas no outro lado a força ainda atua diagonalmente para baixo (+ fraca). É por esse motivo que as tampas 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 e passa a ser mais forte no centro do copo ou do prato. Então, se não quiser que as tampas de garrafa se movam em direção a borda do prato é só colocar mais água no prato.
    
Importante 1: a força de atração dos meniscos entre as tampas vai continuar existindo.
Importante 2: a água, embora ultrapasse a borda do 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 as 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 e a força de atração

As tampas de garrafa sofrem influência do efeito "menisco" também na borda do prato. O ideal é que as tampas fiquem longe de qualquer área solida ao redor da água.

Nós usamos um prato fundo para filmar a atividade. Mas, se puder fazer essa experiência em uma área maior, como, por exemplo, usar uma bacia o resultado será melhor porque as tampas não vão sofrer o efeito de atração da borda do prato.

Outra forma de resolver esse problema é colocar água no prato até que ela ultrapasse a borda. Se a água for colocada com cuidado ela não vai sair do prato porque a força da tensão superficial da água vai impedir. A vantagem de fazer isso é que a força do "menisco" na borda do prato desaparece.
    
vai ser atraído para a borda                                  vai ser atraído para o centro

Ao invés de tampas de garrafa você pode usar pedaços de isopor, palitos de fósforo, ou seja, qualquer coisa que seja pequena, leve e que flutue.

Efeito Menisco e a força de atração

Pais
Sempre que possível faça a experiência ou brincadeira junto com seu(s) filho(s). Explique os detalhes de cada etapa ou o resultado da experiência, isso ajuda a desenvolver a curiosidade e criatividade da criança.
Essa experiência é excelente para aguçar a curiosidade da criança e aproveitar a oportunidade para explicar um fenômeno da física.

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 explicação da aula;

2) essa experiência pode ser associada a diversas áreas em Ciências (flutuação) ou Física (capilaridade). Você pode usar a atividade apenas como um chamariz para atrair a atenção do grupo e depois fazer a explicação da aula;

3) as crianças normalmente se impressionam com o fato das tampinhas se moverem e ficarem juntas. Elas se impressionam mais ainda quando a tampinha gruda no dedo;
    
Importante: elas se sentem no controle do processo.

4) uma das melhores coisas na educação é conseguir envolver a criança, manter sua atenção e despertar sua curiosidade, uma tarefa nada fácil que os professores enfrentam todos os dias. Uma outra ideia para essa atividade é mexer com a imaginação das crianças.
Lance um desafio para o grupo, como eu faço para evitar que as tampinhas de garrafa grudem na borda do prato?
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 encantadas com a ciência e o processo de ensino.
    

5) se o professor tiver disponível na escola 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 diferentes.

            
menisco na água       menisco no mercúrio