Tensão Superficial

7/11/2019 Tensão Superficial

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Objetivo

Demonstrar o mecanismo de funcionamento da tensão superficial nos fluidos.



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Introdução

As moléculas de um líquido interagem entre si de várias maneiras. Uma delas é a

atração ou repulsão elétrica, se estiverem carregadas ou se suas cargas positivas e negativas

não estiverem igualmente distribuídas no espaço. Além disso, sofrem a ação da gravidade e da

agitação térmica. No cômputo geral, se o líquido estiver em um recipiente, como um copo,

por exemplo, as forças de atração preponderam e impedem que as moléculas se espalhem pelo

espaço. O líquido ocupa um volume determinado, formando uma superfície bem definida

entre ele e o ar circundante. Surge daí uma diferença clara entre as moléculas da superfície e

as que ficam internas no liquido. As que ficam dentro interagem com as demais em todas as

direções. Em média, portanto, essas interações se anulam mutuamente. Já as que ficam na

superfície só podem interagir com as que estão do lado de dentro. Do lado de fora só existe o

ar e as moléculas do ar estão tão separadas umas das outras que seu efeito imediato sobre a

superfície líquida pode ser desprezado.

O resultado é que a película que fica na superfície sofre uma atração para dentro do

próprio líquido. Essa tendência é contrabalançada pela resistência das moléculas de dentro

que só podem ceder espaço até certo ponto. Quando o equilíbrio é alcançado, a tendência das

moléculas superficiais de penetrarem no líquido é equilibrada pela resistência das demais que

estão no interior.

Se o líquido for a água dentro de um copo, forma-se uma superfície mais ou menos

plana ligeiramente encurvada para cima nas paredes internas do copo. Se for um tubo

estreito, a superfície da água tem uma forma côncava (o menisco).

Nesse caso as moléculas da superfície se arranjam de modo a formar a menor área

possível para o volume que ocupam. Pode ser demonstrado que essa configuração

corresponde à situação de menor energia. Os sistemas físicos gostam de se acomodar em

situações de energia mínima.



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Esse fenômeno é descrito como sendo a tensão superficial. É por isso que os líquidos

têm uma forma esférica. A forma espacial com menor área é a esfera, pois as moléculas em

queda livre se ajuntam de modo a formar gotas esféricas.

Podemos calcular a tensão superficial pela razão da força aplicada em um determinado

perímetro:

σ =

Onde F é a força aplicada (N), L o perímetro do objeto (m) e

σ é a tensão superficial (N/m)



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Material

Tubo capilar, béquer, cubo, lâmina para microscópio, conta-gotas, água, detergente

comum, paquímetro, parafina.



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Procedimento

Pegar a lâmina de vidro e esfregar a parafina em uma das metades da lâmina até que

fique completamente coberta. Deixar a outra metade limpa.

Pegar um pouco de água do béquer com o conta-gotas. Deixar uma gota cair sobre a

parte da lâmina que não está coberta com a parafina e deixar cair outra gota na superfície

coberta pela parafina.

Observe que a gota aderiu à superfície do vidro e se espalhou ao longo deste,

entretanto não houve iteração com a parafina e a gota conservou seu formato esférico um

pouco achatado devido à força da gravidade.



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Para demonstrar novamente este experimento usaremos agora o cubo e o béquer com

água.

Pegar o cubo plástico e colocá-lo dentro do béquer com água observando o que

acontece.

Repetir o experimento, porém colocar o cubo muito lentamente dentro do béquer até

que sua superfície superior se alinhe com a superfície da água.



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Se o experimento foi feito corretamente dever-se-á observar que o cubo está flutuando

ao invés de afundar como na tentativa anterior.

Por último pegar o tubo capilar e mergulhá-lo dentro do béquer com água. A água do

béquer irá subir até certo ponto. Com auxílio de um paquímetro medir a altura h que a água

subiu no capilar e medir o diâmetro do tubo. Anotar as medidas.



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Resultados

As medidas encontradas na medição do tubo capilar foram: o tubo possui

aproximadamente um diâmetro de 0,95 milímetros e a água subiu dentro do capilar até uma

altura de 35,85 milímetros.

Podemos então com esses dados calcular a tensão superficial dentro do capilar.

F = Págua = Volume do capilar preenchido com água

Como o capilar é um cilindro, aplicamos a fórmula para calcular o volume de um

cilindro utilizando as medidas encontradas na medição do capilar.

R = 0,475mm = 475 ×10-6m h = 35,85 × 10-3m

V = R² × π × h V = (475 ×10-6)² × π × 35,85 × 10-3

V = 225,625 × 10-9 × π × 35,85 × 10-3

V = 25,41 × 10-9m³

Considerando a densidade da água á 25°C (998Kg/m³)

Págua = densidade × volume × 10

Págua = 998 × 25,41 × 10-9 × 9,8

Págua = 248,52 × 10-6N

Agora podemos calcular a tensão superficial:

σ =

σ =

σ =

σ = 83,27 × 10-3 N/m



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Conclusão

No experimento com o conta-gotas e a lâmina de microscópio observou-se que

dependendo da superfície em que a água estava ela se espalhava ou não. No caso da parafina a

água manteve seu formato esférico com um leve achatamento devido à atuação da gravidade.

Isso acontece porque ao não aderir à superfície em que foi colocada as moléculas superficiais

da gota de água são atraídas para dentro da gota, porém as moléculas internas não podem

ceder mais espaço e tudo leva as moléculas a se organizarem de uma forma com maior

estabilidade e pouca energia: a forma esférica no caso dos líquidos.

No segundo experimento o cubo possui densidade maior do que a água, portanto seu

peso supera empuxo da água e ele afunda ao invés de flutuar, porém ao se colocar

vagarosamente o cubo na água até que ele alinhe com a superfície da água e flutue. Percebe-se

então que há uma força que ajuda o empuxo naquele determinado ponto e ergue o cubo para

que ele flutue. Chamamos essa força de tensão superficial.

A tensão superficial não deixou que o cubo afundasse e que a água que entrou no tubo

capilar caísse mesmo ao retirarmos o tubo da água. A força de tensão superficial agia como

uma “corda” que amarrava o cubo à superfície da água e também prendia á água às paredes de

vidro do capilar não deixando a mesma escoar com facilidade.



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Bibliografia

Site: http://www.searadaciencia.ufc.br/tintim/fisica/tensaosuperficial/tintim2-1.htm

Data: 07/06/2009 Hora: 10:20

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