Merg. cartesiano c/tampa caneta 02

Mergulhador cartesiano com tampa de caneta

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. Quando ele 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. 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 tampa está cheia de ar, e vai continuar cheia de ar se for colocada dentro da água na posição vertical. O ar impede que a tampa afunde, por esse motivo que colocamos um peso na ponta da tampa.

Mas, a massa de modelar na ponta da tampa precisa ter o peso certo para fazer com que ela não afunde nem fique na posição horizontal quando colocada dentro da água. Se ficar na posição horizontal a água entra na tampa e ela afunda.
    
Importante: essa é a posição que a tampa deve ficar quando colocada dentro da água.

Quando apertamos a garrafa aumentamos a pressão atmosférica dentro dela e isso faz com que o ar dentro tampa fique mais comprimido. De modo bem grosseiro podemos dizer que o ar diminui de tamanho e um pouco da água entra na tampa e por esse motivo ela afunda.
    

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 da tampa, ela fica mais leve e volta a flutuar.

Mergulhador cartesiano com tampa de caneta

O mergulhador dessa atividade usa uma tampa que não possui ponta e não é aberta na parte de cima.
    
errado - ponta na parte de baixo e aberta na parte de cima

    
certo - sem ponta na parte de baixo e fechada na parte de cima

É importante saber isso para construir o "mergulhador". Se a tampa possuir ponta ou for aberta na parte de cima ele precisa ser construido de outra forma. No site existe uma atividade que ensina a fazer o mergulhador com esse outro tipo de tampa.

Uns 2 ou 3 dedos de massa de modelar são suficientes para construir esse "mergulhador".
    

Enrole a massa do redor da boca da tampa. Mas, não feche totalmente a boca da tampa.
    
Importante: para esse “mergulhador” funcionar a boca da tampa precisa ficar aberta, mesmo que seja uma abertura pequena.

Teste o "mergulhador" em um copo com água. Ele precisa boiar, mas a ponta na parte de cima precisa ficar no mesmo nível da água.
    

Se o mergulhador estiver flutuando corretamente, bata na ponta de cima para ver se ele afunda no copo e volta a superfície.

Se o "mergulhador" não estiver subindo pode ser que:

1) Quando o mergulhador desce e toca o fundo da garrafa a massa de modelar pode grudar no plástico da garrafa. Nesse caso basta dar uma batidinha na parte de baixo da garrafa que ele vai se soltar.

Use um dedo (subir e descer) para fazer parecer que você controla o "mergulhador" do lado de fora da garrafa, ou faça com que ele grude no fundo da garrafa. Essas duas brincadeiras vão parecer mágica para as crianças.

Para prender o "mergulhador" no fundo basta apertar a garrafa com força para que ele desça rápido. Se ele bater com força contra o fundo da garrafa as chances dele grudar são grandes.
    
Importante: pare de pressionar a garrafa aos poucos, isso vai evitar que a mudança rápida de pressão solte a massa de modelar que está grudada no fundo.

Mergulhador cartesiano com tampa de caneta

Pais
Sempre que possível faça uma experiência junto com seu(s) filho(s). A experiência científica é pura mágica para os olhos de uma criança, aproveite a oportunidade e explique “por que” e “como” essas coisas acontecem. Tenha certeza que isso ajuda a desenvolver a curiosidade e criatividade 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:

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.
    
Outra opção é fazer o mergulhador parar no fundo da garrafa.

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.

Perguntas para os alunos

1) Porque o "mergulhador" não vai funcionar ser fechar a boca da tampa?
    
R) O plástico da tampa é muito duro. A pressão atmosférica não vai conseguir comprimir o ar dentro da tampa se a boca dela estiver fechada.

2) Porque um "mergulhador" construído com um canudo de refrigerante funciona mesmo com as duas pontas fechadas?

R) O canudo é flexível, então a pressão atmosférica (apertar a garrafa) consegue comprimir o ar dentro do canudo.

Ideia de atividade para fazer com os alunos

O mergulhador cartesiano também 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 menor sinal de pressão na garrafa.

1) acerte o peso para que o "mergulhador" fique bem sensível. Se a tampa de garrafa subir lentamente dentro do copo é porque o mergulhador está 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 (a pressão atmosférica aumenta) o "mergulhador" vai afundar na garrafa;

5) quando estiver para chover (a pressão atmosférica diminui) 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 deixa de ser pressionada e o "mergulhador" vai subir.