Princípio de Arquimedes, Tensão Superficial e Capilaridade

Princípio de Arquimedes

Arquimedes (287–212 a.C.) estabeleceu o notável princípio de flutuabilidade, conhecido como Princípio de Arquimedes. Ele descobriu que um corpo, parcial ou totalmente submerso em um fluido, sofre uma força vertical para cima denominada empuxo, cujo módulo é igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto.

É importante não confundir o peso do fluido deslocado com o peso do objeto submerso.

Nota: O princípio de Arquimedes aplica-se ao comportamento de fluidos em geral. Por exemplo, um balão de ar quente sobe quando seu peso é inferior ao peso do ar atmosférico deslocado.

Como um objeto afunda ou flutua?

A flutuação depende da relação entre a densidade do objeto e a densidade do fluido:

• Objeto mais denso que o fluido: O objeto afunda, pois seu peso é maior que o empuxo.
• Objeto com a mesma densidade do fluido: O objeto permanece em equilíbrio, podendo ficar submerso em qualquer profundidade.
• Objeto menos denso que o fluido: O objeto flutua, permanecendo parcialmente submerso.

Nestas condições, o objeto desloca um volume de fluido cujo peso equilibra o seu próprio peso.

Nota sobre medição: O dinamômetro mede o peso real do objeto no ar. Quando imerso, mede o peso aparente, que é menor devido à força de empuxo exercida pelo líquido.

Tensão Superficial

É a propriedade que faz com que a superfície de um líquido tenda a se contrair, comportando-se como uma membrana elástica. Isso explica a forma esférica das gotas, pois a esfera é a forma geométrica que ocupa a menor área para um determinado volume.

Tecnicamente, a tensão superficial é uma força por unidade de comprimento ou trabalho por unidade de área. Em nível microscópico, as moléculas no interior do líquido são atraídas em todas as direções por forças de coesão (origem eletromagnética). Na superfície, as forças verticais estão desequilibradas, criando a tensão.

Para medir a tensão superficial, utiliza-se o método de Du Nouy, que aplica uma força para cima em um anel de arame em contato com a superfície do líquido.

A Ação Capilar

Quando a ponta de um tubo de vidro de pequeno diâmetro é imersa em água, o líquido sobe espontaneamente. Esse fenômeno é chamado de capilaridade.

A capilaridade ocorre devido à interação entre duas forças:

• Coesão: Atração entre moléculas da mesma substância.
• Adesão: Atração entre moléculas de substâncias diferentes (ex: água e vidro).

Se a força de adesão for maior que a de coesão, o líquido molha a superfície e sobe pelo capilar. Se a coesão for maior, o líquido não molha a superfície e o menisco torna-se convexo, podendo descer pelo tubo.

A Capilaridade no Cotidiano

A capilaridade é fundamental em diversos processos:

• Plantas: Auxilia no transporte de água e nutrientes através do xilema, das raízes até as folhas.
• Corpo Humano: Ocorre nos bilhões de capilares sanguíneos que irrigam os tecidos.
• Tecnologia e Construção: Presente em esponjas, toalhas, canetas tinteiro e na umidade que sobe pelas paredes de edifícios.