As forças ocultas da água

As forças ocultas da água

As forças que seguram a água dentro do tubo são três: pressão atmosférica, a tensão superficial da água e a força de adesão da água.

Pressão Atmosférica
O ar que está ao redor do tubo da seringa (caneta ou da tampa) exerce uma força em todos os sentidos, inclusive de baixo para cima. Essa força se chama pressão atmosférica, é ela que segura a água impedindo que o papelão se solte da ponta do tubo.
    
Importante: a pressão atmosférica exerce essa mesma força sobre a superfície da Terra e sobre todas as coisas e seres vivos que estão nesse planeta.

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 impedindo alguns objetos ou seres vivos de afundar.
    
Importante: eles não estão flutuando. Repare que o clipes de papel e o mosquito estão curvando a água sem romper a camada elástica formada pela tensão superficial. Se você jogar um pedaço de madeira na água ela vai flutuar, mas se você simplesmente jogar um clipe na água ele vai afundar. O clipes não afunda se tiver o peso certo, o formato certo e se for colocado sobre a água da forma certa.

Essa camada elástica (tensão superficial) na superfície da água ajuda a segurar o líquido na ponta dos tubos (tampa, tubo da caneta e da seringa).

Força de adesão
Ela acontece por causa da força de coesão que é o fenômeno capaz de manter as moléculas do líquido unidas (atração intermolecular); já a força de adesão consiste na atração das moléculas do líquido com as moléculas do sólido.

Sendo assim, quando a água está dentro de um tubo muito fino as moléculas do líquido conseguem se aderir às paredes internas desse tubo por adesão e seguram as demais moléculas por coesão. A soma dessas duas forças é responsável pelo fenômeno da capilaridade.

Essas forças conseguem segurar a água dentro dos tubos porque eles são finos. Por exemplo, nessa atividade é possível virar a tampa da caneta de cabeça para baixo sem que a água escorra, e isso só é possível porque a tampa é um tubo fino, se tentar fazer essa mesma experiência com um copo a água com certeza vai sair.

O que aconteceu em cada uma das etapas dessa atividade?

1) a água não conseguiu ficar dentro do tubo.
    
R) o diâmetro da ponta mais larga do tubo da seringa é muito grande e por isso a soma das forças (tensão superficial, força de adesão e pressão atmosférica) não consegue segurar a água no tubo.

2) com o papelão fechando a ponta mais larga do tubo a água não sai, não importa se o tubo está reto ou na diagonal.
    
R) nesse caso a força de adesão da água ajuda a segurar o papelão, mas o que realmente segura o papelão é a pressão atmosférica.
    
Importante: se tirar o dedo na parte de cima do tubo o ar vai entrar e o papelão e a água vão sair.

3) Invertendo a experiência, com o papelão na parte de cima e a ponta mais fina da seringa na parte de baixo a água não sai do tubo.
    
R) como a ponta é muito fina a tensão superficial, a força de adesão da água mais a pressão atmosférica seguram a água dentro do tubo.
    
Importante: mas, se retirar o papelão a pressão atmosférica vai empurrar a água e as forças de da tensão superficial e a de coesão não serão suficientes para segurar a água no tubo.

4) No tubo da caneta, que é fino o suficiente, as 3 forças conseguem segurar a água mesmo como o tubo na posição diagonal.
    
Importante: isso só acontece enquanto a ponta na parte de cima estiver fechada.

5) A tampa só consegue segurar a água se ela estiver na vertical, se inclinar a tampa as 3 forças não vão conseguir segurar a água.
    
R) o diâmetro da tampa é um pouco maior que o do tubo da caneta e por esse motivo a força da tensão superficial, da coesão mais a pressão atmosférica não conseguem segurar a água com o tubo na diagonal.

As forças ocultas da água

Qualquer recipiente (um prato) pode ser usado para evitar o desperdício de água ou que a experiência molhe o local onde está sendo realizada.

O objetivo da experiência é mostrar às forças ocultas da água, como a tensão superficial, as forças de adesão e coesão (responsáveis pela capilaridade) e também, para aproveitar a oportunidade, a pressão atmosférica.

A tampa de uma caneta esferográfica tem o diâmetro certo para segurar a água se estiver na posição vertical.
    
Mas, inclinando a tampa o peso da água vai fazer mais pressão sobre um dos cantos. O peso da água nesse canto será superior as forças que seguram a água no tubo.

As forças ocultas da água

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 vai ajudar 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

Professores
Essa experiência pode ser usada para ilustrar uma aula de:
Física/Ciências - quando falar sobre tensão superficial, forças de coesão e adesão da água, pressão atmosférica, capilaridade, etc.