Guia de Estudos: Tensão Superficial e Capilaridade
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Tensão Superficial e Capilaridade
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Guia de Estudo
Após o estudo deste tópico você deve:
- conhecer os mecanismos microscópicos que explicam a tensão superficial;
- saber a definição de tensão superficial, tanto em termos de força quanto de energia;
- conhecer os mecanismos que explicam a capilaridade.
* Utilize o fórum para tirar suas dúvidas. Existe um monitor responsável pelo gerenciamento diário das
respostas.
GE 4.1) Leia a(s) seção(ões) sobre Tensão Superficial nas referências de sua escolha.
GE 4.2) Responda: Quais as causas microscópicas para o aparecimento da tensão superficial?
GE 4.3) Verifique os seguintes fenômenos e explique por que eles ocorrem:
GE 4.3.1) Coloque um pincel dentro de água e note como ficam suas cerdas. Retire-o e veja, agora, como estão as
cerdas. Explique por que isso acontece.
GE 4.3.2) Coloque pequenos grãos de areia (ou de pimenta) flutuando sobre a água. Como eles flutuam se sua
densidade é maior do que a da água? (Com cuidado, você também consegue fazer flutuar uma agulha ou uma gilete.)
GE 4.3.3) Jogue um pouco de detergente líquido no recipiente onde estão os grãos sobre a água. O que acontece? Por
quê?
GE 4.3.4) Pegue um conta-gotas e encha-o de água. Agora aperte-o e note a forma da gota que é formada. Por que
ela tem exatamente esse formato? Para responder essa pergunta, veja na referência de sua escolha a relação entre a
energia na interface entre dois meios e a área dessa interface. Qual é a forma geométrica que tem menor razão entre a
superfície e o volume?
GE 4.3.5) Repita o experimento anterior com água com sabão. O que ocorre? Por quê?
GE 4.4) Veja no livro de sua escolha qual é a definição para tensão superficial. Tem sentido falar no valor para a
tensão superficial da água? Como é correto falar? Quais os fatores que influenciam a tensão superficial?
GE 4.5)Vamos, agora, calcular a pressão pint dentro de uma gota de um líquido –
por exemplo, a água. Como vimos, toda gota é esférica. Se você pegar metade
dessa esfera, como na figura, as forças que estão atuando sobre ela são as
devidas:
- à diferença de pressão:
- à tensão superficial:
Nessas expressões, r é o raio da esfera e γ a tensão superficial do líquido com o
ar.
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Assim, MOSTRE que, desprezando outras forças, a pressão interna é
GE 4.6) Se você entendeu o exercício anterior, determine então a pressão dentro de uma bolha de sabão (a bolha
consiste de duas películas esféricas, muito próximas, com o líquido entre elas!).
GE 4.7) Responda, então, por que é fácil fazer bolha de água com sabão, mas é impossível fazer bolha só de água?
GE 4.8) Exercício de Fixação:
A figura mostra uma pequena esfera que está sobre a
superfície de um líquido cuja tensão superficial é γ.
GE 4.8.1) Mostre que a força resultante feita pela tensão
superficial, sendo θc o ângulo de contato, é vertical, com
módulo:
GE 4.8.2) Se a esfera tem raio r e é feita de um material de
densidade ρ, calcule o ângulo θc quando a esfera está em
equilíbrio.
GE 4.8.3) O que acontece quando a esfera aumenta de
tamanho: o ângulo aumenta ou diminui?
GE 4.8.4) Determine o raio da maior esfera desse material que
pode ficar sobre a água, sem afundar. Qual o valor crítico do
ângulo de contato θc?
GE 4.9) Problemas:
GE 4.9.1) No caso da esfera sobre o líquido, o ângulo de contato θc só depende da tensão superficial entre dois
meios, o líquido e o ar. Já no caso em que se tem gotas de um líquido sobre uma superfície sólida, esse ângulo θc vai
depender das tensões superficiais líquido-ar, líquido-sólido e sólido-ar, como mostra a figura. Nesse caso, as gotas
podem ter os formatos mostrados nesta outra figura: à esquerda uma gota de água (A) e à direita, de água com sabão
(B). São essas três tensões que fazem com que a água suba em um tubo fino, fenômeno que chamamos
CAPILARIDADE. Leia a seção sobre esse tema no livro de sua escolha.
GE 4.9.2) Dependendo da razão entre as tensões, o líquido pode ficar no capilar nas formas mostradas na figura.
Como devem se comparar as tensões no caso (a)? E no caso (b)?
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GE 4.9.3) O ângulo de contato θc é definido pelas três tensões superficiais, mas para determinarmos a altura que um
líquido sobe em um capilar basta considerarmos a tensão superficial γ entre o líquido e o ar. Suponha que você tenha
um líquido de densidade ρ dentro de um capilar de raio r e que o ângulo de contato do líquido com o material do
capilar seja θc.
(a) Mostre que a força feita pela tensão superficial é vertical e vale:
(b) Desprezando o volume ocupado pelo menisco, determine a altura y que o líquido sobe (ou desce) no capilar.
(c) Calcule essa altura para a água (γ = 0,073 N/m e θc ~ 0) dentro de um tubo de raio:
i) 1,0 mm;
ii) 0,10 mm;
iii) 0,010 mm.
(d) Um tubo capilar de vidro é colocado dentro de cuba com mercúrio (γ = 0,465 N/m e θc = 140o). Calcule a altura
da coluna de mercúrio no tubo em relação à superfície de mercúrio na cuba.
Atividades Recomendadas
GE 4.10) Tente, então, fazer os Exercícios Extras.
GE 4.11) Existem alguns aplicativos que podem ajudá-lo na compreensão da matéria. Tente executá-los.
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