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Tensão superficial

Tensão superficial

A tensão superficial é a propriedade dos líquidos que os permite adquirir a área superficial mais pequena possível.

Física

Palavras-chave

tensão superficial, ação capilar, capilar, coesão, adesão, molhar, mercúrio, gota de água, alfaiate, menisco, líquido, partícula, superfície da água, molécula de água, inseto, densidade, física, esfera

Extras relacionados

Cenas

Força coesiva

  • gota de água - Uma gota de água sem nenhum contacto com um material sólido adquire uma forma esférica, já que esta é a forma com a menor área de superfície possível.

A tensão superficial acontece quando as moléculas de um líquido se atraem umas às outras. A força de atração entre as moléculas semelhantes chama-se força coesiva. No interior do líquido, estas forças neutralizam-se, por isso, as moléculas estão num estado de energia baixo. No entanto, as moléculas situadas na superfície do líquido estão num estado de energia alto porque as forças coesivas não se neutralizam. Assim, segundo o princípio da energia mínima, estas moléculas são puxadas constantemente em direção ao interior do líquido. Como resultado, este tenta adquirir uma forma com a menor área de superfície possível. É por isso que uma gota de água em queda livre assume a forma de uma esfera.

O fenómeno da tensão superficial torna-se mais complexo quando o líquido interage com as moléculas de um material sólido. A força de atração entre as moléculas de um líquido e as de um sólido chama-se força adesiva.

A molhabilidade é uma capacidade particular de um par líquido/sólido que depende da magnitude da força adesiva e da força coesiva entre as moléculas de um líquido. Se a força adesiva for forte o suficiente, o líquido difunde-se na superfície sólida, ou seja, é capaz de molhá-la. Por exemplo, uma gota de água é capaz de molhar a superfície de um vidro. No entanto, se a força adesiva é fraca, o líquido que está em contacto com uma superfície sólida é capaz de reduzir a sua própria área superficial e não acontece molhagem. Por exemplo, o mercúrio não é capaz de molhar a superfície do vidro.

A molhabilidade determina o comportamento dos líquidos dentro de tubos muito finos que se chamam tubos capilares. A lei dos vasos comunicantes não se aplica aos líquidos em tubos capilares, o que significa que, dentro destes tubos, o líquido não se encontra ao mesmo nível. Em vez disso, pode-se observar capilaridade. Um tubo capilar contendo água apresenta uma ascensão capilar, enquanto um tubo capilar contendo mercúrio apresenta uma depressão capilar.

Uma ascensão capilar acontece quando o líquido molha a parede do tubo, ou seja, quando a força adesiva entre o tubo e o líquido é maior do que a força coesiva entre as moléculas de água. Se a força adesiva for menor do que a força coesiva, acontece uma depressão capilar.

A tensão superficial e a ação capilar desempenham um papel de grande importância na natureza. Certos insetos, como o alfaiate, não poderiam deslocar-se sobre a superfície da água sem a tensão superficial. As patas destes insectos aquáticos estão cobertas por pequenos pêlos que fornecem uma pequena área superficial, por isso, a água não é capaz de molhá-la. Devido à tensão superficial, a superfície da água atua como uma camada com capacidade para suportar peso e formam-se pequenas depressões na superfície da água sob as patas do alfaiate. Estes insetos podem impulsionar-se a partir destas depressões atingindo uma velocidade de até 90 cm/s.

A capilaridade pode ser observada também no sistema de transporte das plantas. Este fenómeno é necessário para que os xilemas sejam capazes de transportar água desde as raízes até as partes superiores da planta.

Força adesiva

  • gota de água
  • vidro

Molhabilidade

  • gota de água
  • gota de mercúrio
  • vidro

Capilaridade

  • água - A água molha a superfície do vidro, assim, a água no vaso sobe pelo tubo capilar em oposição à gravidade.
  • mercúrio - O mercúrio não molha a superfície do vidro, assim, o nível do mercúrio líquido no tubo capilar será mais baixo do que o seu nível no vaso.
  • tubo capilar de vidro

Animação

  • gota de água - Uma gota de água sem nenhum contacto com um material sólido adquire uma forma esférica, já que esta é a forma com a menor área de superfície possível.
  • gota de água
  • molécula de água superficial - As partículas vizinhas atraem estas moléculas apenas a partir do interior do líquido. A tensão superficial é produzida pela tendência destas moléculas de se moverem em direção ao centro da gota.
  • molécula de água interior - As moléculas vizinhas atraem estas moléculas de todas as direções.
  • gota de água
  • vidro
  • gota de água
  • gota de mercúrio
  • ˂90°
  • ˃90°
  • ângulo de contacto - É medido onde a superfície de um sólido se interseta com a interface líquido/gás. Mostra até que ponto um líquido pode molhar uma superfície sólida. Se o ângulo é menor de 90°, o líquido molha a superfície sólida. Se o líquido não a molha, o ângulo é superior aos 90°.
  • vidro
  • água - A água molha a superfície do vidro, assim, a água no vaso sobe pelo tubo capilar em oposição à gravidade.
  • mercúrio - O mercúrio não molha a superfície do vidro, assim, o nível do mercúrio líquido no tubo capilar será mais baixo do que o seu nível no vaso.
  • tubo capilar de vidro
  • água - A água molha a superfície do vidro, assim, a água no vaso sobe pelo tubo capilar em oposição à gravidade.
  • mercúrio - O mercúrio não molha a superfície do vidro, assim, o nível do mercúrio líquido no tubo capilar será mais baixo do que o seu nível no vaso.
  • menisco côncavo
  • menisco convexo
  • alfaiate - Vive na superfície de águas paradas incluindo lagoas, lagos e rios de caudal lento. A dieta alimentar deste ágil animal inclui insectos que caem na superfície da água.
  • pêlo - A área onde os pequenos pêlos das patas do alfaiate entram em contacto com a superfície da água é muito pequena, o que reduz a força adesiva entre as patas e a superfície da água. Devido à baixa força adesiva, a água não consegue molhar as patas do alfaiate.

Alfaiate

  • alfaiate - Vive na superfície de águas paradas incluindo lagoas, lagos e rios de caudal lento. A dieta alimentar deste ágil animal inclui insectos que caem na superfície da água.

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