Explique o que é tensão superficial \gamma. Escreva alguma de suas definições físicas.

Passo 1

O enunciado pede para explicarmos o que é tensão superficial \gamma e fornecer alguma de suas definições físicas. O tema é fenômenos de interface em fluidos e precisamos dar tanto a definição mecânica (força por comprimento) quanto a definição energética (energia por área).

Passo 2

Definição mecânica: tensão superficial é a componente de força que age tangencialmente ao longo de uma linha imaginária de comprimento L na superfície do líquido. Em outras palavras, se puxarmos essa linha para expandir a superfície, a força necessária F por cada unidade de comprimento define \gamma:
\gamma = \frac{F}{L}.

Passo 3

Definição energética: tensão superficial pode ser vista como a energia livre de superfície que o sistema armazena por unidade de área. Ou seja, para aumentar a área da interface em \mathrm{d}A, precisamos fornecer um trabalho \mathrm{d}E, e
\gamma = \frac{\mathrm{d}E}{\mathrm{d}A}.

Passo 4

Interpretação molecular: as moléculas na superfície de um líquido sentem maior atração para o interior do volume (devido às forças coesivas) do que para o exterior (ar). Isso cria uma “película” na interface que se opõe ao aumento de área.

Resposta

  • Mecânica: \displaystyle \gamma = \frac{F}{L}, onde F é a força tangencial e L o comprimento na interface.
  • Energética: \displaystyle \gamma = \frac{\mathrm{d}E}{\mathrm{d}A}, onde \mathrm{d}E é o trabalho para aumentar a área da interface em \mathrm{d}A.
  • Molecular: medida da energia resultante das forças coesivas que mantêm as moléculas unidas na superfície do líquido.

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