O ar exerce pressão sobre os corpos

Transcrição

1 O ar exerce pressão sobre os corpos Iniciamos esta atividade propondo a você um desafio. A figura abaixo mostra um recipiente com água, um copo e uma folha de papel. A folha de papel deve ser colocada no interior do copo. O desafio é mergulhar completamente o copo na água, sem molhar a folha de papel que está em seu interior. Não vale tampar a boca do copo com a outra mão. E então, como você resolve esse desafio? Se você pensou na forma mostrada na figura a seguir, então você está utilizando o fato de que o ar exerce pressão sobre a água, impedindo-a de entrar no copo. Ao longo deste texto, você irá aprender um pouco mais sobre o ar e sobre os modelos que a ciência utiliza para explicar a pressão exercida pelo ar sobre outros corpos. A pressão que o ar exerce sobre os corpos pode ser explicada com base em duas propriedades: i) as partículas (moléculas) que constituem o ar estão em constante movimentação, para todas as direções e em todos os sentidos; ii) o ar tem massa e, como conseqüência, é atraído pela força gravitacional da Terra, exercendo força sobre tudo o que está na superfície do planeta. A seguir, vamos nos aprofundar no estudo dessas propriedades e ver como elas são

2 utilizadas para explicar a pressão do ar. Antes, no entanto, vamos tratar de uma ideia importante: o conceito de pressão. Chamamos de pressão o resultado da aplicação de uma força sobre uma superfície de um corpo qualquer. Veja a figura a seguir, que representa uma caixinha de leite sobre uma mesa. Podemos dizer que a caixinha de leite está exercendo uma pressão sobre a mesa. Veja: a caixinha de leite possui massa e, por consequência, está sujeita à ação da força gravitacional que a Terra exerce sobre ela, denominada força peso. Portanto, a caixinha está sendo puxada para baixo, exercendo uma força sobre a mesa. Mas perceba que esta força é aplicada na área da mesa ocupada pela caixinha. Portanto, podemos dizer que a pressão da caixinha de leite sobre a mesa é o resultado da ação da força peso dela, distribuída pela área que ela ocupa. Portanto, não confunda: pressão não é a força. Pressão é uma grandeza física que resulta da aplicação de uma força sobre determinada área da superfície de um corpo. Matematicamente, podemos definir a pressão P, de uma força F, aplicada a uma superfície de área A, de um corpo, da seguinte maneira: Note, pela equação acima, que a mesma força, quando distribuída em uma área maior, produz uma pressão menor. Isso significa dizer que, se a caixinha de leite do exemplo anterior for colocada sobre a mesa, da maneira indicada na figura abaixo, a pressão que ela exercerá sobre a mesa será diferente. Note que a força é a mesma (o peso da caixinha de leite não sofreu alterações), mas a área, agora, é maior; logo, a pressão torna-se menor.

3 Agora que já revisitamos o conceito de pressão, considere, novamente, o desafio apresentado no início desta atividade. Por que a água não entra no copo e molha o papel? O copo está cheio de moléculas de ar e estas moléculas estão se movendo constantemente, para todas as direções e em todos os sentidos. Assim, elas estão colidindo com as paredes do copo e também com a superfície da água. Em cada colisão, uma molécula do ar exerce uma força sobre a superfície da água. O conjunto de todas as forças, exercidas por todas as moléculas, é o que se chama de pressão do ar sobre a água. É claro que essa pressão também está atuando sobre toda a superfície da parede do copo, pois uma propriedade comum a todos os líquidos e gases é o fato de eles exercerem pressão em todas as direções sobre um corpo que esteja neles imerso, ou sobre as paredes do recipiente que os contém. Outro exemplo de atuação da pressão do ar é em um balão de festas. Se o balão estiver com a boca aberta, ele tende a ficar murcho, pois a borracha força o ar a sair de seu interior. Contudo, quando o enchemos, forçamos o ar a passar pela boca do balão. O ar, em seu interior, irá exercer forças sobre as paredes do balão, em todas as direções e em todos os sentidos. Portanto, podemos dizer que o ar está exercendo pressão sobre as paredes do balão de festas, mantendo-o inflado. Nesses dois exemplos, o ar estava confinado em uma determinada região: o interior do copo e o interior do balão. Mas, e o ar que está à nossa volta, será que ele também exerce pressão? Vamos usar o experimento a seguir para pensar sobre isso. Você pode realizar este experimento, com facilidade, em sua casa. Inicialmente, coloque uma de suas mãos em um saco plástico e, em seguida, mergulhe-a em um balde com água. O que você sente?

4 A água empurra o saco plástico contra sua mão, em todas as direções, não é mesmo? Podemos, então, dizer que a água está exercendo uma pressão sobre a sua mão, pois a água exerce forças sobre a superfície dela. Essa pressão é resultado do peso da água sobre a sua mão. Embora não sintamos, o ar atmosférico esse ar que está no ambiente em que vivemos faz o mesmo sobre nós. Pode parecer estranho pensar desta forma, mas podemos dizer que vivemos em um oceano de ar, pois estamos rodeados de ar por todos os lados, assim como um peixe que se encontra num oceano está rodeado de água por todos os lados. Em nosso caso, esse oceano é constituído pelo que chamamos de atmosfera terrestre, que é uma camada de gases que se encontra ao redor de nosso planeta. Nessa camada de gases, se encontram o oxigênio, o vapor d água, o gás carbônico, o nitrogênio, o ozônio, além de outros gases. Essa camada de gases é mais densa próximo à superfície da Terra e vai ficando cada vez mais rarefeita, à medida que alcançamos grandes altitudes. A força gravitacional da Terra, também chamada de força peso, é a responsável por manter a atmosfera em torno de nosso planeta. Se não fosse ela, todo esse ar iria se dispersar pelo espaço.

5 A Terra, devido à sua grande massa, atrai para si todo e qualquer corpo que possua massa. Mesmo o ar, que parece não ter massa, é atraído pela força da gravidade. O ar tem uma densidade muito baixa e, portanto, um pequeno volume de ar terá uma massa muito pequena. Para você ter uma ideia, se a caixa d água da sua casa for de 1000 litros (1 m 3 ) e ela estiver completamente cheia de água, ela terá uma massa de 1000 quilogramas, isto é, 1 tonelada! Agora, se esta caixa de 1000 litros estiver cheia de ar ela terá uma massa aproximada de apenas 1,3 quilogramas, um pouco mais que a massa de uma caixinha de leite (que possui cerca de 1 kg). A ação da força peso sobre o ar faz com que todos os corpos imersos na atmosfera estejam sujeitos à pressão atmosférica, que nada mais é que o resultado da ação da força do ar sobre as superfícies dos corpos que se encontram imersos na atmosfera terrestre. Essa pressão atua em todas as direções sobre a superfície de um corpo que esteja imerso no ar: em cima, embaixo e nos lados. Quando você está imerso em um fluido, as moléculas desse fluido estão exercendo forças em toda a superfície do seu corpo, esteja você em uma piscina com água ou em um oceano de ar. Para compreender melhor essa ideia, imagine que você esteja mergulhado em uma piscina de bolinhas, como aquelas encontradas em parques de diversão. Quando você entra na piscina, você empurra várias bolinhas para todas as direções e sentidos, a fim de ocupar certo espaço. Mas, ao mesmo tempo, as bolinhas estão empurrando você, exercendo forças, em todas as direções e sentidos, contra seu corpo. Pode-se dizer, então, que você está sob a pressão das bolinhas. O mesmo se pode dizer do ar atmosférico. Quando estamos imersos no ar, ele está sempre colidindo com nosso corpo, exercendo pressão sobre nós. É interessante notar que a pressão atmosférica possui um valor bastante alto. Por exemplo, ela se compara à pressão exercida por uma massa de 100 kg sobre a área de sua mão (cerca de 100 cm 2 ). É uma pressão muito alta, mas, apesar disso, você não se sente pressionado, como ocorreu com a sua mão, no experimento do balde com água. Isso se deve a dois fatores principais: i) a pressão atmosférica do lado externo do seu corpo é igual à pressão no interior do seu corpo, de modo que não há diferenças de pressão (e, portanto, de força), entre o exterior e o interior, para que você possa sentir algo; ii) estamos tão acostumados com o ar invisível que nos esquecemos de que ele existe. Mas basta subirmos rapidamente uma montanha ou serra, para percebermos variações na pressão do ar. Quando isso ocorre, sentimos certo desconforto. Por fim, para finalizarmos esse texto, falaremos da importância da pressão atmosférica, em uma atividade bastante prazerosa: tomar refrigerante ou suco de canudinho. Mas você deve estar se perguntando: o que a pressão atmosférica tem a ver com isso? Para tomar refresco de canudinho, o que você faz? Suga o líquido? De maneira nenhuma! A pressão atmosférica é que empurra o líquido para a sua boca. Vimos, há dois parágrafos atrás, que, se a pressão for a mesma em duas regiões distintas, não é possível sentir o efeito dessa pressão, pois uma equilibra a outra. Mas o que aconteceria, se a pressão se tornasse menor em uma região? Para tomar refrigerante de canudinho, você coloca uma das extremidades do canudinho no líquido e a outra extremidade, no interior da sua boca. Então, você retira o ar do interior da sua boca, levando-o para os pulmões (note que você aumenta o tamanho dos pulmões, ao tomar líquidos de canudinho). Isso faz com que a pressão, no interior da sua boca, fique menor que a pressão atmosférica, do lado externo. A pressão atmosférica, então, empurra o

6 líquido pelo canudinho, para o interior da boca. Quando as pressões voltam a se igualar, o fluxo do líquido cessa. A seguir, apresentamos algumas questões para que você possa aplicar o que acabou de aprender sobre a pressão atmosférica. Não deixe, também, de fazer os experimentos propostos na Atividade experimental: fenômenos relacionados com a pressão do ar, disponível neste portal. Questões 1 As figuras a seguir mostram caixas de tamanhos diferentes, mas com a mesma massa. Qual delas - I, II, ou III - exerce a maior pressão sobre o chão? E qual delas exerce a menor pressão? Explique sua resposta. 2 Dois caixotes, do mesmo tamanho, estão cheios de materiais diferentes. Um deles (I) está cheio de ferramentas pesadas. O outro (II) está cheio de brinquedos. Qual deles exerce a menor pressão sobre o chão? Por quê?

7 3 No experimento do desafio, no início desta atividade, explique o que aconteceria, se houvesse um furinho no fundo do copo. 4 A figura ao lado, mostra um bebedouro para pássaros. Há um reservatório, completamente vedado, onde se coloca a água. Por meio de uma abertura, a água chega até o local onde o pássaro possa bebê-la. O que é curioso é que a água, apesar de estar acima do nível da abertura onde o pássaro bebe, não derrama. Você pode dar uma explicação para isso? (Dica: você pode ilustrar esse princípio, enchendo uma garrafa PET de 2L com água e colocando-a em outro recipiente, também com água, como um prato ou um balde. Mesmo com a boca da garrafa PET aberta, a água não cai.) 5 Uma pessoa decide tomar água com canudinho. Mas, para tomar a água mais rapidamente, ela decide usar dois canudinhos. Porém um deles ficou dentro do líquido e o outro fora (veja a figura acima, à direita). Será que essa pessoa consegue tomar a água com os canudinhos, dessa maneira? Por quê? (Dica: faça este experimento para comprovar.) Referências bibliográficas HEWITT, P. G. Física conceitual. Tradução: Trieste Freire Ricci e Maria Helena Gravina. 9ª ed. Porto Alegre: Bookman, MARTINS, C. M., PAULA, H. F., SANTOS, M. B., LIMA, M. E., SILVA, N. S., AGUIAR Jr., O., CASTRO, R. S., BRAGA, S. A. Construindo consciências: ciências, 5ª série 1ª ed. São Paulo: Scipione, 2003.

8 MÁXIMO, A. e ALVARENGA, B. Curso de física, volume 1. 5ª ed. São Paulo: Scipione, Acesso em 8/7/13. Acesso em 8/7/13. Acesso em 8/7/13.