Como se explica a ascensão capilar? Que relação existe entre a altura da ascensão capilar e a tensão superficial?
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada nesse exercício! A pergunta é sobre ascensão capilar, que é quando a água (ou outro líquido) sobe em um tubo fino por causa das forças intermoleculares. Vamos precisar entender um pouquinho sobre tensão superficial e como ela influencia a altura até onde o líquido sobe no tubo. Vamos lá!
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é ascensão capilar. Imagine que você coloca uma canudinha em um copo de água. Você vai notar que a água sobe um pouquinho dentro da canudinha. Isso acontece por causa das forças entre as moléculas da água e as do material da canudinha. Essa subida é a ascensão capilar.
Passo 3
Agora, vamos falar sobre tensão superficial. A tensão superficial é uma força que atua na superfície de um líquido, fazendo com que ele se comporte como se tivesse uma “pele”. É por isso que pequenas gotas de água formam esferas. No caso da ascensão capilar, a tensão superficial da água ajuda a puxar o líquido para cima no tubo.
Passo 4
Para relacionar a altura da ascensão capilar com a tensão superficial, usamos uma fórmula conhecida como Lei de Jurin. A Lei de Jurin nos diz que a altura $ h $ até onde o líquido sobe no tubo é diretamente proporcional à tensão superficial $ \gamma $ e inversamente proporcional ao raio $ r $ do tubo. A fórmula fica assim:
Onde:
- $ \gamma $ é a tensão superficial,
- $ \theta $ é o ângulo de contato entre o líquido e a parede do tubo,
- $ \rho $ é a densidade do líquido,
- $ g $ é a aceleração da gravidade,
- $ r $ é o raio do tubo.
Passo 5
Vamos simplificar um pouco. Se considerarmos que o ângulo de contato $ \theta $ é pequeno (o que geralmente ocorre com líquidos como a água em tubos de vidro), o $ \cos \theta $ fica próximo de 1. Então, a fórmula fica mais simples:
Isso mostra que quanto maior a tensão superficial $ \gamma $, maior a altura $ h $ que o líquido consegue alcançar no tubo. E também, quanto menor o raio $ r $ do tubo, maior a altura $ h $. Ou seja, tubos mais finos permitem que o líquido suba mais alto devido à maior influência da tensão superficial.
Resposta
Então, a ascensão capilar é explicada pela interação entre a tensão superficial do líquido e as paredes do tubo. A altura que o líquido atinge é diretamente proporcional à tensão superficial e inversamente proporcional ao raio do tubo. Basicamente, quanto maior a tensão superficial e menor o tubo, mais alto o líquido sobe!