Dentre os conceitos fundamentais importantes para a Mecânica dos Fluídos, defina e comente o mais completamente possível sobre as seguinte variáveis, princípios e propriedades:
Efeito capilar ou capilaridade
Efeito capilar ou capilaridade
Passo 1
O enunciado nos pede para definir e comentar o efeito capilar (capilaridade), um fenômeno da Mecânica dos Fluidos que envolve a elevação ou depressão de um líquido em pequenos tubos (ou poros) devido às forças de tensão superficial, adesão e coesão. Para isso, vamos precisar dos conceitos de tensão superficial
, ângulo de contato
, pressão capilar (equação de Young–Laplace) e da lei de Jurin.
Passo 2
A tensão superficial
é a energia por unidade de área da superfície do líquido e surge das forças de coesão entre suas moléculas. Qualquer interface líquido–ar tende a minimizar sua área para reduzir energia livre, gerando uma “pele” elástica que equilibra forças externas.
As forças de adesão (líquido–sólido) e coesão (líquido–líquido) determinam o ângulo de contato , medido no interior do líquido junto à parede do tubo. Se
, o líquido molha o tubo e sobe (ascensão capilar); se
, o líquido não molha e sofre depressão.
As forças de adesão (líquido–sólido) e coesão (líquido–líquido) determinam o ângulo de contato
Passo 3
A diferença de pressão entre o interior e o exterior da curva de menisco é dada pela equação de Young–Laplace:
No tubo cilíndrico de raio
e menisco aproximadamente esférico,
, levando a
Equilibrando essa pressão com a coluna de líquido de altura
(densidade
, gravidade
), obtemos a lei de Jurin:
Passo 4
Em tubos muito finos (pequeno
),
é grande, e vice-versa. Exemplos: ascensão de água em capilares do solo ou no xilema das plantas; depressão em tubos oleofóbicos. A capilaridade também influencia a impregnação de materiais por tintas e a tecnologia de microfluídica.
Resposta
O efeito capilar (capilaridade) é o fenômeno em que um líquido se eleva ou deprime em tubos de pequeno diâmetro devido à tensão superficial e às interações de adesão e coesão. A diferença de pressão no menisco é dada por
e a altura de elevação (ou depressão) obedece à lei de Jurin
mostrando que quanto menor o raio do tubo e menor o ângulo de contato, maior a elevação capilar.