de
Donald Simanek - Traduzido com sua gentil
permissão
Motor de Capilaridade
 Alegação:
Este é um de minhas propostas MP favoritas para desafiar a compreensão do
estudante. A maioria dos estudantes sabe que líquidos subirão em um tubo muito
estreito, o processo sendo chamado de "ação capilar". Suponha que nós tenhamos
tal tubo capaz de erguer o líquido a uma altura h. Agora abaixe o tubo a uma
altura menor que h. Ou faça um buraco em seu lado debaixo do topo da coluna
líquida. O líquido, tentando subir para a altura h, irá então jorrar pelo topo
do tubo onde uma rada d'água muito pequena poderia capturar sua energia enquanto
cai.
Resposta:
Isto provavelmente só enganará as pessoas que não consideraram por que a ação
capilar ocorre. O diagrama habitual do livro de ensino é mostrado à esquerda. A
tensão superficial age na superfície do líquido onde ele está em contato com as
paredes do tubo. Estas forças intermoleculares entre líquido e o vrido são
maiores que a entre as moléculas do próprio líquido. Isto dá origem a uma forma
de "menisco" curvada na parte superior da superfície do líquido. As forças ao
redor desta interface agem a um ângulo com um componente superior significante
que podem manter a coluna de água em equilíbrio estático.
Se abaixarmos agora gradualmente o tubo até que que sua altura seja igual ou
menor que h o líquido não irá jorrar. A superfície líquida entrará em contato
com a beirada superior do tubo, e enquanto o tubo é abaixado o menisco o
acompanha.
A versão mostrada, com um buraco no lado, é até mesmo mais facilmente
desacreditada. O buraco deve ser menor que o diâmetro do tubo, assim ele também
exibirá forças de tensão superficial, e provavelmente nenhum líquido o
atravessará. Porém, o inventor diligente cobre as paredes do buraco com um
material que não tem praticamente nenhuma adesão molecular com o líquido.
O inventor será desapontado com o resultado. Por quê? A figura mostra vários
resultados possíveis, dependendo do tamanho do buraco e sua posição. Se o buraco
é perfurado debaixo do menisco líquido, qual é a pressão do líquido bem no
interior este buraco? Será
menor que a pressão atmosférica. Se o buraco é perfurado bem abaixo da
superfície, um menisco novo será criado neste novo buraco, inchando para dentro.
Se é perfurado mais abaixo, o ar pode entrar no buraco e criar uma bolha de ar
que subirá ao topo, enquanto as o nível do líquido diminui. A pressão aumenta
para baixo em um líquido, pela lei dgh onde d é a densidade líquida. A pressão
na superfície líquida fora do tubo capilar é a atmosférica. Assim a pressão
dentro do tubo tem que diminuir com a altura até o menisco. É esta diferença de
pressão do outro lado do menisco que é responsável por sua forma curvada.
O terceiro exemplo na figura mostra o que deveria acontecer se o buraco lateral
fosse grande o bastante. Um menisco inverso poderia se formar perto do buraco,
se opondo ao erguendo a coluna de água, e reduzindo a altura da coluna.
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