Flutuação e tensão superficial

Menisco formado
numa pipeta volumétrica

Já todos reparámos como os barcos andam para cima e para baixo na ondulação, ao sabor da maré. Hoje vamos tentar fazer a mesma coisa com uma rolha.

Precisamos de:

• um copo de vidro transparente, ou uma tigela,
• rolha,
• água,
• conta gotas, facultativo.

Como fazer:

1. Encham o copo de água;
2. Coloquem a rolha lá dentro;
3. Observem e registem as vossas observações, a rolha flutua? como? em que posição? em que zona do copo?;
4. Encham ainda mais o copo, devagar, vai parecer que vai transbordar, mas gota a gota encham mais o copo; 
5. Observem e registem as vossas observações, a rolha flutua? como? em que posição? 

O que acontece?
Quando o copo está cheio, a rolha flutua encostada às paredes do copo, quando o copo está "ainda mais cheio" a rolha desliza para o centro do copo.

A rolha flutua para o centro do copo
quando este é cheio gota a gota
até se formar uma forma em U invertido

Porquê?

• A rolha flutua! porquê?
  Arquimedes tem a resposta para essa pergunta, e na realidade é uma questão de densidade. De uma forma rápida e sem rodeios: A rolha flutua porque o peso do seu volume é inferior ao peso do mesmo volume de água.





A rolha encosta ao copo quando ele
não está"cheio até à borda".
Reparem na forma em U,
junto ao vidro.

• Porque é que a rolha flutua nas paredes do copo?
  A rolha flutua encostada às paredes do copo, não para se agarrar, ainda que seja uma ideia engraçada, mas porque nas paredes do copo a "altura da água" é maior. Maior? sim, ligeiramente maior. Se observarem com atenção um copo com água podem reparar que a água não está no copo numa linha recta perfeita, ela na realidade faz uma bolsa em forma de U (menisco) quanto mais estreito for o recipiente mais visível é o fenómeno. (Na verdade uma das primeiras coisas que se aprende na disciplina de química analítica é a medir volumes, e o volume correcto que deve ser lido é aquele que o instrumento, uma pipeta por exemplo, marca abaixo da bolsa do U.)
  Voltando à rolha, o que se passa é que os objectos flutuam nas zonas de maior altura de fluido, como o barco, que vai "acima e abaixo" conforme a ondulação, ora se a maior altura é na extremidade do copo, devido ao U que se forma, a rolha "encosta-se" ao vidro.


• Porque é que a rolha se desloca para o centro do copo?

  

  Reparem na "bolsa em U invertido" no copo,
  parece uma bolha

  
  Para responder correctamente a esta questão temos, em primeiro lugar de entender porque se forma o tal menisco. O menisco forma-se devido à tensão superficial da água, esta tensão superficial existe porque a água tem uma capa, como se fosse uma pele, de moléculas de água que se mantém ligadas por pontes de hidrogénio (podes ler mais sobre estas pontes aqui). De uma forma muito simples e quase não cientifica podemos dizer que a "água cola", cola-se às paredes do copo, como se trepasse pelas paredes do mesmo, originando aquela curva a que chamamos menisco.
  Quando adicionamos mais água, gota a gota, a quantidade do copo cheio enche ainda mais e em vez do menisco ter uma forma em U passa a ter uma forma em U invertido... como já adivinharam, a zona mais alta da água passa a ser o centro do copo, e por isso a rolha, de uma forma natural e conforme às leis da física, desloca-se para lá.

Et voilá!
Ciência num copo de água

Divirtam-se!