Microgravidade- video- Chris Hadfield

Já falámos tantas vezes aqui sobre a tensão superficial da água que talvez os irrequietos possam pensar que não há muito mais a dizer. A realidade é que esta coisa da ciência tem uma coisa fantástica, se nos debruçarmos o suficiente sobre os assuntos há sempre mais qualquer coisa a dizer, há sempre mais um paragrafo para ler, há sempre algo novo para aprender.

A NASA ( National Aeronautics and Space Administration – Administração Nacional da Aeronáutica e do Espaço) disponibiliza, desde 1995 um serviço denominado, em português, Imagem Astronómica do Dia. O que trazemos até vocês hoje é um video retirado da versão espanhola desse serviço norte americano. A versão em castelhano está disponível em Observatorio: Una imagen diaria del Universo.

Então vejamos o vídeo filmado pelo astronauta Chris Hadfield comandante da Expedição 35. Este comandante estava estacionado na Estação Espacial Internacional do inicio deste ano e quis mostrar ao grande público o que acontece quando se escorre uma toalha molhada no espaço, em microgravidade.

O que é a microgravidade?
Segundo o site Micrograviade.com a microgravidade diz respeito a um ambiente de gravidade 0, ou seja ausência de gravidade.

E o que é a gravidade?
A gravidade é a força que atrai dois corpos um para o outro.
Graças à existência da gravidade as maçãs caiem das árvores- como conta a história de Newton, ainda que seja de consenso geral que esta história é... apenas uma história. É também graças à gravidade que mantemos os pés assentes na Terra- ainda que muitos andem com a cabeça na Lua- e que os planetas giram em orno do Sol. quanto maior a massa do corpo maior é esta força.

Na realidade a microgravidade e engraçada e curiosa de ser observada. quem não gosta de ver os astronautas a flutuar fora da nave? Quem não gosta de ver os objectos a flutuar pela nave à espera de serem agarrados por um astronauta, também ele a flutuar? Aliás, quem não gostaria de experimentar a "gravidade 0"? E se vos dissessem que diariamente há muitas pessoas que experimentam a sensação da microgravidade? É verdade, pular num trampolim ou andar numa montanha russa propicia às pessoas experiências de microgravidade, ainda que por um muito curto período de tempo, a gravidade 0 ocorre durante "queda livre" que estas actividades proporcionam.

O video
Chris Hadfield comandante da Expedição 35 demonstra, neste vídeo, o que acontece quando escorremos uma toalha em microgravidade.
Intuitivamente seria de esperar que a água se soltasse da toalha e se espalhasse pela cabine da aeronave, não fosse esta a imagem que estamos habituados a ver quando vemos os astronautas na televisão. Mas o que acontece é realmente espantoso e curioso. Algumas gotas "voam" da toalha, é verdade, mas a maioria da água presente na toalha forma um cilindro à volta da toalha, como se não quisesse "ir embora", como se dissesse "este é o meu lugar, deixa-me ficar". Quando a água toca as mãos do astronauta, ela adere a elas e forma também uma "capa" à volta dos seus dedos, como se fossem luvas gelatinosas.

Este fenómeno é bem conhecido e já o experimentámos, testámos e demonstrámos várias vezes, este fenómeno chama-se tensão superficial ou tensão superficial de aderência.
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), quando Hadfield forçou a água a sair da toalha as suas moléculas aderiram não só umas às outras por pontes de hidrogénio, como também ao objecto mais próximo- importante também referir que esta adesão só é possível desta forma porque estamos em ambiente de gravidade 0, nestas condições a água "flutua", na Terra ela cairia ao chão.

Chris Hadfield
Chris Austin Hadfield nasceu em Sarnia, Canadá, a 29 de Agosto de 1959. Hadfield foi o primeiro canadiano a fazer uma "caminhada espacial" e a comandar uma expedição na Estação Espacial Internacional.
Hadfield está reformado desde 3 de Julho de 2013, a última vez que "aterrou" vindo do espaço foi a 4 de Maio de 2013 a bordo da nave Soyuz TMA-07M.

Fontes:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Chris_Hadfield
http://www.microgravity.com/introduction.html
http://observatorio.info/ 
http://hypescience.com
http://www.space.com

Et voilá!
Assim não precisavamos de esfregona!
Divirtam-se!

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!

Tensão superficial, o truque do barco a motor

Este é um truque muito simples que pode servir não só para demonstrar o que é a tensão superficial da água como também para deixar os irrequietos de boca aberta.

Toda a gente conhece a história de Hans Christian Andersen "O Rei vai nú" (podem lê-la ou rele-la aqui), nesta história dois especialistas em tecidos mágicos convencem o Rei de que possuem um traje festivo adequado para Sua Alteza usada, mas apenas havia um problema... o traje era invisível, apenas as pessoas "inteligentes" o podiam ver.. O mesmo se passa com a demonstração de hoje.

Precisamos de:

• detergente,
• 1 dedo,
• 1 cartão, um rectângulo de  10x10cm é suficiente
• 1 tigela transparente,
• água,
• 1 marcador grosso,
• tesoura
• 1 ou muitos amigos.

Como fazer:

1. No pedaço de cartão desenhem o contorno de um barco visto de cima, como na imagem;
2. Recortem o barco;
3. Com o marcador desenhem outros pormenores no vosso barco, bancos, o local do motor, remos...;
4. Encham a tigela de água;
5. Coloquem uma gota de detergente num dos vossos dedos, para já não toquem com esse dedo em lado nenhum, não deixem o vosso amigo ver;
6. Coloquem o barco a água e verifiquem que ele fica parado, pode oscilar um pouco mas tá parado;
7. Retirem o barco da água, para não "ensopar";
8. Abram a palma da vossa mão e expliquem ao vosso amigo que se esqueceram de colocar o motor no barco, por isso ele não anda, digam qualquer coisa do tipo "Estás a ver? É tão pequeno que me esqueci", é claro que a vossa mão está vazia, mas ele não sabe;
9. Agarrem no barco e toquem com o dedo que colocaram no detergente no local do motor;
10. Coloquem o barco de novo na água, enquanto dizem qualquer coisa do género "Pronto, vamos lá ver se agora funciona".

O que acontece?
O barco move-se pela água.

Porquê?
Afinal havia mesmo um motor muito muito muito pequeno e muito potente.


É claro que os pormenores que desenharam no cartão em nada influenciam o resultado, e também não existe nenhum micro motor super potente e invisível.

O que aconteceu foi que a tensão superficial da água foi perturbada (vê aqui outras demonstrações sobre a tensão superficial).

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), o detergente actua sobre esse equilíbrio .
O barco "sem motor" estava "pousado nesta pele", as forças que actuavam sobre ele nessa altura estavam em equilíbrio mantendo o barco parado (as moléculas puxavam o cartão com a mesma força em todas as direcções).
Os detergentes têm a capacidade de diminuir a tensão superficial da água, (são por isso chamados agentes tenso-activos- ou seja têm uma acção na tensão da água).
Imagine a tensão superficial como uma capa, um casaco, que impede a água de interagir com certas substâncias, como as gorduras, por exemplo, o que  agente tenso-activo, como o detergente, faz é obrigar a água a "despir" esse casaco fazendo com que a água fique "mais água" e penetre mais facilmente em superfícies onde antes não penetrava.
Quando "colocámos o motor no barco" o detergente perturbou este equilíbrio, permitindo que as moléculas de água do lado do papel oposto ao do detergente puxassem o cartão com mais força, e ele assim foi empurrado, parecendo que o micro motor invisível realmente existia.

Na realidade esta demonstração é muito simples e até engraçada mas não deixa de ser uma demonstração do perigo que os nossos mares e lagos enfrentam. As fábricas e as indústrias que despejam detergentes nas correntes estão a contribuir para o desequilibro ecológico da zona. Quando se introduzem detergentes nos ecossistemas aquáticos estes ficam inevitavelmente desequilibrados, todos os insectos e seres vivos que necessitam de pousar na superfície da água para se alimentar, procriar ou exercer outra função biológica, não vão conseguir fazê-lo porque a "pele" da água ou não existe ou está debilitada.

Et voilá!
O rei vai ou não nu?

Divirtam-se!

Tensão superficial, pimenta com água e detergente

Tensão superficial:

Já aqui abordámos este fenómeno em várias ocasiões:
Com "Cores rodopiantes numa tigela de leite";
Com "O alfinete flutuante";
E com "Bolas de sabão gigantes".

Hoje a magia vai ser feita com pimenta.

Precisamos de:

• 1 prato fundo;
• pimenta em pó;
• detergente da loiça;
• água.

Como fazer:

1. Coloquem água no prato, não precisa de ser muita;
2. Espalhem pimenta na água, reparem que esta forma uma fina camada na água;
3. Coloquem uma pinga de detergente no dedo;
4. Toquem na água.

O que acontece?
A pimenta parece afastar-se repentinamente.

Porquê?
Porque o detergente destrói a "pele" da água- podem obter mais informação sobre este assunto aqui e aqui. Esta "pele" é na realidade mais parecida com uma rede constituída por uma intrincada camada de moléculas de água ligadas entre si por pontes de hidrogénio.
Resumindo, o que à primeira vista parece um fenómeno de repulsão é na realidade originado por uma perturbação na tensão superficial da água.

Transformem esta demonstração numa experiência:

• Utilizem outros materiais como farinha ou pão ralado. O resultado é o mesmo?
• Troquem a água por óleo. O que acontece?

Et voilá!
Pimenta fugitiva.

Divirtam-se!

Cores rodopiantes numa tigela de leite

Uma demonstração colorida é meio caminho andado para o sucesso. Esta demonstração é muito simples e rápida e vai deixar os nossos irrequietos de boca aberta.

Precisamos de:

• prato de sopa,
• corante,
• palitos,
• detergente,
• leite.

Como fazer:

1. Coloquem um prato fundo, de sopa, um pouco deleite, não é preciso muito, basta um fundinho;
2. Deitem umas gotas de corante numa das extremidades do prato;
3. Deitem mais 2 gotas do segundo corante na outra extremidade do prato;
4. Com os palitos, mexam o leite, desenhem à vontade, O que acontece?;
5. Agora adicionem e gota de detergente;

O que acontece?
As cores misturam-se imediatamente depois de adicionar o detergente

Porquê?
Numa primeira fase, quando adicionamos o corante ao leite, ele simplesmente fica ali, não se mistura.
Na segunda fase, quando introduzimos o detergente na equação este provoca a diminuição da tensão superficial, da "casca" do leite.

Como já vimos aqui e aqui anteriormente, esta casca funciona como uma capa que mantém outras moléculas à superfície, impedindo que estas se misturem no leite. Quando esta tensão superficial é perturbada os corantes (e, neste caso, outros constituintes do leite)  têm menor resistência e circulam mais livremente.

Para além deste fenómeno, ocorre um outro, ao mesmo tempo: a desnaturação de algumas das proteínas do leite, pela acção do detergente. Tudo isto faz com que os corantes se dissolvam e se misturem.

Vejam o vídeo

Et voilá!
Um mar de cores!

Divirtam-se!

O alfinete flutuante

Mais uma experiência simples, tão simples e tão ilustrativa.

Precisamos de:

• alfinetes,
• água,
• papel higiénico,
• tigela.

Como fazer:

1. Coloquem água na tigela;
2. Esperem um pouco até que a água acalme;
3. Tentem colocar um alfinete lá dentro a flutuar, com cuidado.. devagar;
4. O que aconteceu?
5. Peguem num segundo alfinete, igual ao primeiro;
6. Coloquem um pedaço de papel por baixo do alfinete;
7. Coloquem o conjunto dentro de água, com cuidado, devagar;
8. Aguardem uns segundos.

O que acontece?
O papel afunda, o alfinete não.

Porquê? 
Por causa da tensão superficial. Já falámos dela aqui.
Quando colocamos o alfinete na água sem o papel, ele imediatamente afunda, o seu peso é demasiado elevado para a área que ocupa, ou seja é muito denso.

O papel pelo contrário tem muita área para o peso que apresenta, na realidade só afunda porque ensopa, ou seja, "acolhe as moléculas de água na sua estrutura porosa, por outras palavras, as moléculas de água preenchem os espaços vazios na teia de celulose do papel, ele fica mais pesado e afunda.

A tensão superficial é responsável por aquilo a que se pode chamar "a capa da água" ou a "pele".

Na superfície da água forma-se como que uma barreira de moléculas de água. Esta barreira é o que permite aos insectos pousar na água; às bolhas de sabão existirem; e ao alfinete não afundar.

O primeiro alfinete  afunda porque não parte de uma posição de equilíbrio e repouso, ao contrário do segundo que está em repouso no papel e que quando este afunda exerce força na superficie da água suficiente apenas para curvar a barreira e não para a quebrar.

Vejam aqui o vídeo demonstrativo.

Et voilá!
A magia da Ciência!

Divirtam-se!

Demonstração das propriedades da água- Coesão e Adesão

Falar das propriedades da água sem falar da coesão e da adesão é quase como ir a Roma e não ver o Papa.
Já aqui falámos da tensão superficial mas há duas propriedades da água que também saltam à vista, a coesão e a adesão. Em traços largos podemos dizer que quando as moléculas de água são atraídas umas para junto das outras estamos na presença de forças de coesão e que quando as moléculas da água são atraídas para outros tipos de materiais estamos na presença de forças de adesão.


O que torna possível a manifestação destas forças?
Como já falámos aqui algumas vezes, as moléculas de água são constituídas por um átomo de oxigénio e dois de hidrogénio, o que lhe dá uma carga total neutra mas, dado que a sua estrutura que lhe permite o estabelecimento de pontes de hidrogénio, estas moléculas de água podem ser atraídas umas para as outras (coesão) ou, se a atracção do material estranho for mais forte que a atracção entre as moléculas de água, a água pode estabelecer ligações com ele, a este fenómeno chamamos adesão.


Exemplos de coesão e adesão

Quando estamos na presença de uma superfície hidrofóbica as moléculas de água tendem a ficar juntas, isto porque a superfície "repele a água", uma superfície encerada, por exemplo. O vidro do chuveiro depois de limpo com um detergente para o manter "limpo", na realidade o que estes detergentes fazem é criar camadas hidrofóbicas na superfície para esta repelir a água.- Coesão.
É também graças à coesão que a chuva cai em forma de gotas e não de moléculas. se não fosse esta coesão teríamos uma visão completamente diferente da chuva.

Quando as moléculas de água são atraídas por moléculas de materiais diferentes o fenómeno é denominado adesão. Lembram-se do que aconteceu aqui? a água "subiu" pelo papel de filtro num movimento que contrariou a gravidade, isto aconteceu porque as moléculas de água foram atraídas pelas moléculas da celulose existentes no papel, estas moléculas têm cargas positivas e negativas mais fortes do que as das moléculas de água.

De salientar que estes fenómenos só ocorrem porque existe uma das força que é maior do que a outra.

Resumindo: 

• Coesão- quando as forças de atracção entre as moléculas de água são maiores que as forças entre estas e as moléculas do material circundante.
• Adesão- quando as forças de atracção entre as moléculas de água são menores que as forças entre estas e as moléculas do material circundante.

Existem várias formas de demonstrar estas propriedades, hoje vamos ver como demonstrar a coesão:


Precisamos de:

• 2 copos de esferovite,
• água,
• lápis afiado, ou qualquer objecto afiado como um prego,
• uma bacia, ou tigela grande.

Como fazer:

1. Escolham um local apropriado para este ensaio, um local que se possa molhar e facilmente secar;
2. Com o lápis façam dois furos num dos copos, o mais junto possível mas sem se tocar, não os façam muito grandes;
3. Encham o segundo copo com água da torneira;
4. Segurem o copo furado por cima da bacia;
5. Despejem a água do segundo copo para dentro do primeiro;
6. A água deverá começar a cair pelos orifícios que fizeram com o lápis;
7. Rapidamente, mas sem atrapalhações "segurem" nos dois "fios" de água com os dedos (polegar e indicador).

Resultados:
Os 2 "fios" de agua tornam-se num só.
 
Porquê?
Pelo exposto acima. As moléculas de água exercem forte atracção umas pelas outras e tendem a juntar-se a isto chama-se coesão.

Notem bem:
É provável que não consigam juntá-los à primeira e que seja necessário encher o copo várias vezes.
Se conseguirem a distância óptima entre os dois buracos é também provável que não necessitem de usar os dedos, os fios juntam-se naturalmente.


Fontes: http://www.uni.edu/~iowawet/H2OProperties.html; http://www.physlink.com/education/askexperts/ae543.cfm


Et voilá!
A água, sempre uma caixinha de surpresas!

Divirtam-se!

Bolas de sabão gigantes

As Bolas de Sabão

As bolas de sabão que esta criança
Se entretém a largar de uma palhinha
São translucidamente uma filosofia toda.
Claras, inúteis e passageiras como a Natureza,
Amigas dos olhos como as cousas,
São aquilo que são
Com uma precisão redondinha e aérea,
E ninguém, nem mesmo a criança que as deixa,
Pretende que elas são mais do que parecem ser.

Algumas mal se vêem no ar lúcido.
São como a brisa que passa e mal toca nas flores
E que só sabemos que passa
Porque qualquer cousa se aligeira em nós
E aceita tudo mais nitidamente.

Alberto Caeiro

Pois é, hoje vamos fazer bolas de sabão... gigantes.
Não há muito a dizer sobre elas, apenas que fazem as maravilhas de pequenos e graúdos... dar uma bola de sabão a uma criança é dar-lhe um momento mágico, ainda que efémero .

Precisamos de:

• 2 copos de detergente da loiça,
• 3 copos de água morna,
• Meio copo de glicerina, podem comprá-la na drogaria, o ingrediente secreto.
• 1 balde grande, de preferência com tampa e no mínimo com 4 L,
• 1 arco "Hula Hoop",
• 1 banco baixinho,
• 1 piscina de borracha, daquelas dos miúdos, onde caiba o arco.

Como fazer:

1. Misturem todos os ingredientes no balde, a água, o detergente e a glicerina;
2. Depois de homogeneizada a solução deitem-na na piscina;
3. Coloquem o arco dentro da piscina de borracha;
4. Posicionem o banco dentro da piscina;
5. Sente o seu irrequieto no banco, pode equipá-lo com óculos, barbatanas, touca, e o que mais se lembrar;
6. Levante o Hula Hoop de forma a tapá-lo, ele ficará dentro da bolha de sabão!
7. Agora vá você para dentro da piscina e deixe o seu irrequieto fazer a bolha!

NOTA: Para optimizar os resultados há vários factores a ter em conta:
o tempo, convém estar quente... óbvio, mas se estiver húmido funciona melhor;
a água, há águas que funcionam melhor que outras, uma água muito carregada de minerais dificulta a demonstração.

Mas afinal o que acontece numa bola de sabão?
O sabão é o ingrediente principal de qualquer bola de sabão, aliás, se quiser experimentar, marcas e tipos diferentes de detergente da loiça dão resultados diferentes. O sabão é constituido por moléculas que têm duas extremidades distintas, uma é hidrofílica (atrai as moléculas de água), outra é hidrofóbica (repele as moléculas de água).

Tensão superficial
A vermelho e branco as moléculas de água.
Circulo azul:
simboliza a parte hidrofílica da molécula de sabão,
A "cauda" a preto:
simboliza a parte hidrofóbica da molécula.

Se pudéssemos cortar uma bola de sabão ao meio o que veríamos era uma camada de moléculas de água, envolvidas por duas camadas de moléculas de sabão, uma interna (dentro da bolha) outra externa (fora da bolha), como mostra a imagem.
A interacção entre as moléculas de sabão obriga as moléculas de água a "afastarem-se" aliviando a tensão superficial. Por outro lado a glicerina forma ligações fracas com o hidrogénio das moléculas de água desacelerando e prevenindo a evaporação.
Mas ainda há uma pergunta que se impõe: 
Com um arco Hula Hoop faço bolas redondas, mas se utilizar um instrumento triangular não consigo fazer triângulos de sabão... 
Porquê?
Porque a natureza tende para a poupança de energia e recursos, é um principio básico do equilíbrio natural. A tensão na superfície da bolha "vai transformar a bolha" no formato com a menor área possível para o volume de ar que contém. Essa forma é a esfera- a chamada bolinha - energeticamente a forma mais eficaz do universo. Reparem no Sol, nos planetas, nas gotas de água (que normalmente não são redondas porque estão em queda), nas bagas, e tenho certeza que se lembram de mais algumas esferas.

Et Voilá!

Quem diria o que se pode aprender com as bolas de sabão?

Divirtam-se!