Explique o processo de capilaridade d’água nos vazios do solo (
.).
Passo 1
O enunciado pede que expliquemos como a água se desloca por capilaridade nos vazios do solo. O conteúdo envolve física dos solos, em especial o fenômeno da capilaridade, que resulta da combinação de forças de coesão, adesão e tensão superficial. Para resolver, vamos (1) revisar esses conceitos físicos e (2) aplicar a lei de Jurin aos poros do solo.
Passo 2
A capilaridade surge porque as moléculas de água se atraem entre si (cohesão) e também se atraem pelas superfícies sólidas do solo (adesão). Quando um poro tem um diâmetro suficientemente pequeno, forma-se um menisco côncavo na interface água-ar. A curvatura do menisco gera uma diferença de pressão entre o interior do líquido e o ar acima, chamada pressão capilar. A altura máxima de ascensão
num tubo capilar ótimo é dada pela lei de Jurin:
onde
é a tensão superficial da água,
é o ângulo de contato entre a água e a parede do poro,
é a densidade da água,
é a aceleração da gravidade,
e é o raio efetivo do poro.
e
Passo 3
No solo, em vez de um único tubo, existe uma rede de poros de diversos tamanhos. Os poros mais finos (menor
) elevam a água a alturas maiores, enquanto os poros mais largos suportam apenas pequenas elevações. Assim, a água migra para cima nos vazios do solo até que o incremento de energia potencial gravitacional iguale a diminuição de energia livre causada pela tensão superficial. O resultado é um perfil de umidade que decresce com a profundidade, mantendo o solo acima do nível freático parcialmente úmido por ação capilar.
Resposta
A água sobe pelos poros do solo graças à capilaridade: a tensão superficial da água, aliada à adesão às partículas sólidas, forma meniscos côncavos que criam pressões negativas capazes de vencer a gravidade. A altura de ascensão é inversamente proporcional ao raio dos poros, de acordo com
logo, solos mais finos retêm e transportam água por capilaridade a maiores alturas que solos de poros mais largos.