Conceitue tensão superficial. Explique sua relação com os efeitos da capilaridade e apresente exemplos desses fenômenos.

Passo 1

O enunciado pede para definirmos o conceito de tensão superficial, mostrarmos como ela está relacionada ao fenômeno da capilaridade e darmos exemplos práticos desses efeitos. O conteúdo envolve as forças intermoleculares nos fluidos, equilíbrio de forças em tubos finos e aplicações cotidianas.

Passo 2

Tensão superficial é a energia necessária para aumentar a área da superfície de um líquido em unidade de área. Microscopicamente, moléculas na interface líquido-ar sofrem atrações coesivas desequilibradas em direção ao interior do líquido, formando uma “película” que tende a minimizar a área livre. Em termos práticos, definimos a tensão superficial \gamma como
\gamma = \frac{F}{L},
onde F é a força tangencial na superfície que atua sobre um comprimento L. A unidade de \gamma é newton por metro \mathrm{(N/m)}.

Passo 3

Na capilaridade, a tensão superficial combina-se com as forças adesivas entre o líquido e as paredes de um tubo fino para elevar ou abaixar o líquido em relação ao nível externo. O equilíbrio entre o peso do líquido e a força ascensional devida à superfície gera a altura h de subida (ou descida), dada pela lei de Jurin:
h = \frac{2\,\gamma\cos\theta}{\rho\,g\,r},
onde \theta é o ângulo de contato, \rho a densidade do líquido, g a aceleração da gravidade e r o raio do tubo. Se \cos\theta>0, o líquido sobe; se \cos\theta<0, ele desce.

Passo 4

Exemplos de fenômenos de tensão superficial e capilaridade:
  1. Subida de água em tubos de vidro finos e na parede de um copo (menisco côncavo).
  2. Transporte de seiva em vasos condutores de plantas (xilema).
  3. Insetos que andam sobre a água, apoiados na película superficial.
  4. Formação de gotículas esféricas sobre folhas (minimização de área).
  5. Bolhas de sabão, onde a fina película líquida submete-se à tensão superficial para manter forma.

Resposta

Tensão superficial é a propriedade dos líquidos que faz com que sua superfície se comporte como uma membrana elástica, devido às forças coesivas entre moléculas. Esse efeito, em conjunto com as forças adesivas entre líquido e sólido, provoca a capilaridade, fenômeno em que o líquido sobe ou desce em tubos finos segundo a lei de Jurin \bigl(h = 2\gamma\cos\theta/(\rho g r)\bigr). Exemplos incluem a subida da água em tubos de vidro, o transporte de seiva em plantas, bolhas de sabão e insetos andando sobre a água.

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