Explique porque somente é possível se construir “castelos de areia” na praia utilizando-se areia úmida, não sendo possível construí-los com areia totalmente seca ou saturada.
Passo 1
O enunciado pergunta por que só conseguimos erguer “castelos de areia” na praia quando a areia está úmida, mas não quando ela está totalmente seca nem quando está saturada de água. O conteúdo envolve tensão superficial, ação capilar e coesão entre grãos de areia devido à água. Para resolver vamos entender como a água forma pontes capilares entre grãos e gera forças de atração que mantêm o conjunto estável.
Passo 2
Quando há uma fina película de água entre dois grãos de areia vizinhos, ela adere a ambos formando um menisco. A curva do menisco e a tensão superficial da água provocam uma pressão negativa dentro do líquido, chamada de sucção capilar, que “puxa” os grãos um para o outro. A pressão capilar aproximada é dada por
onde
é a tensão superficial da água,
é o ângulo de contato e
é o raio de curvatura do menisco. Esse
age como uma força de coesão eficaz entre grãos.
Passo 3
Se a areia está totalmente seca, não há água nem meniscos, logo
. Os grãos só se apoiam por atrito e não têm nenhuma força adesiva adicional. Assim, ao tentar erguer uma estrutura em areia seca, ela desmorona porque falta coesão líquida que “cole” os grãos.
Passo 4
Por outro lado, se a areia está saturada (todos os poros completamente cheios de água), não há interface ar-água para formar meniscos. Sem meniscos não existe pressão negativa e, portanto, não há força capilar entre os grãos (
novamente). Além disso, o excesso de água faz com que os grãos “flutuem” e se repilam, deixando a mistura muito plástica ou mesmo líquida, sem rigidez.
Passo 5
No meio-termo, com um teor de água moderado (tipicamente alguns por cento em massa), a água preenche parcialmente as junções entre grãos, criando muitos meniscos e gerando grande sucção capilar. Esse arranjo maximiza a coesão: a areia úmida é firme o bastante para suportar paredes verticais e torres, mas não tão molhada a ponto de saturar todos os poros. Por isso existe uma faixa ótima de umidade em que castelos de areia são possíveis.
Resposta
Só a areia úmida, com água suficiente para formar pontes capilares mas sem saturar totalmente, produz as forças de coesão (sucção capilar) necessárias para manter a estrutura de um castelo de areia. Sand dry lacks water bridges (
) and saturated sand lacks air–water interfaces (
), so neither can hold together like optimally moist sand.