experimento 4

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS NATURAIS
CURSO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
FÍSICA PARA CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
EXPERIMENTO 4 – TENSÃO SUPERFICIAL
ANA CAROLINA DOS PASSOS SACRAMENTO
ESTHER FRANCO DE CARVALHO
SÃO JOÃO DEL REI
2017
INTRODUÇÃO
A Tensão Superficial é um fenômeno que ocorre em todos os líquidos, ela se caracteriza pela formação de uma espécie de membrana elástica em suas extremidades. A tensão superficial fornece uma explicação para a forma esférica das gotas líquidas. São esféricas porque suas superfícies tentem a contrair-se forçando as gotas a tomarem o formato que apresenta a área mínima. Esse formato é o de uma esfera, a figura geométrica que possui a mínima área superficial para um dado volume. Por isso, as gotas da névoa e as gotas do orvalho sobre uma teia de aranha são aproximadamente bolhas esféricas (PAUL, 2011). 
A tensão superficial é causada pelas atrações moleculares. Abaixo da superfície, cada molécula é igualmente atraída em todas as direções, por todas as outras moléculas, não existindo tendência de ela ser mais atraída numa direção do que em outra qualquer. Uma molécula na superfície de um líquido, no entanto, é atraída apenas pelas moléculas vizinhas de cada lado e pelas que estão abaixo da superfície, não existindo nenhuma atração atuando para cima. Essas atrações moleculares tendem a atrair a molécula a partir da superfície para dentro do líquido, e essa tendência minimiza a área superficial. A superfície comporta-se como se fosse uma fina película elástica esticada. Quando um objeto é coloca na superfície da água, ela verga de maneira parecida como um pedaço de plástico se verga, o que permite a certos insetos, como gerrídeos, andarem sobre a superfície de uma lagoa (PAUL, 2011). 
Define-se a tensão superficial ℽ como razão entre o trabalho externo W, necessário para aumentar de um valor A a área da interface do líquido, e essa área, ou seja, 
ℽ = W/A
Neste experimento, utilizaremos o Método de Du Nouy, também conhecido como Método do Anel. Um anel metálico circular é suspenso e uma base de altura ajustável é usada para levantar o líquido a ser medido até que entre em contanto com o anel. Em seguida, o recipiente é novamente abaixado para esticar a película de líquido que se forma em torno do anel. O módulo Fi da força que o líquido faz sobre esse anel, devido à tensão superficial, é dado por
Fi = 2ℽ(2πr)cosѲ, 
em que 2πr é o perímetro do anel, Ѳ é o ângulo de contato do líquido e o fator 2 se deve às duas películas que se formam, uma na parte interna e outra na parte externa do anel. 
	Quando o anel está em equilíbrio, a balança exerce uma força sobre ele, cujo módulo F é
	F= 4ℽπr cosѲ + Pl + P, 
em que P é o peso do anel e Pl, é o peso do líquido que é levantado junto com ele. 
	Quando o módulo dessa força é máximo, Fmax, ela tem direção vertical. Nesse momento, o ângulo de contato Ѳ = 0. Desprezando-se o peso P, do líquido que fica retido no anel e tarando-se o medidor de força para descontar o peso do anel, a tensão superficial é dada por
	ℽ= Fmax/4πr
	O experimento tem como objetivo determinar a tensão superficial da água, de uma solução de água com sabão e do óleo. 
	MATERIAIS E MÉTODOS
	Foi usado para este experimento:
Aparelho medidor de força
Anel metálico
Base elevatória
Cuba para colocar o líquido 
Haste 
Água 
Óleo 
Detergente 
Paquímetro
O diâmetro do anel metálico foi medido com o paquímetro. 
Diâmetro – 8,85 cm
Raio – 4,425 cm 
P= 2πr
P= 2 x 3,14 x 4,425
P= 27,789 cm
O anel foi limpado com um pano e álcool e amarrado com linha em uma haste. Na base elevatória foi colocado uma cuba com água, o aparelho medidor de força foi tarado para desprezar o peso do anel. A altura da base elevatória foi ajustada para que o anel ficasse na superfície da água, quase submerso. Em seguida a base elevatória foi abaixada gradualmente em ângulos de 45º com a cuba. A cada ângulo foi anotada a leitura da força. 
Esse método foi repetido com o óleo e a água com sabão. 
RESULTADOS
	Tensão superficial
	
	Glicerina
	Água
	Água com sabão
	Óleo
	0°
	0
	0
	0
	0
	45°
	9,36
	5,05
	3,35
	8,24
	90°
	20,3
	10,47
	8,02
	13,46
	135°
	29,3
	18,51
	11,99
	18,64
	180°
	37,2
	25,2
	15,5
	22,7
	225°
	40,9
	31,7
	17,45
	23,3
	270°
	
	35,7
	18,14
	
	315°
	
	38,2
	18,53
	
	360°
	
	
	18,92
	
	405°
	
	
	17,14
	
	450°
	
	
	17,58
	
	495°
	
	
	16,36
	
	540°
	
	
	15,63
	
	585°
	
	
	15,43
	
	630°
	
	
	15,05
	
	675°
	
	
	14,91
	
Tabela 1: Dados contendo o ângulo e a força de tensão superficial de cada fluído.
Gráfico 1: Gráfico da força exercida sobre o anel em função de sua distância até a superfície de cada um dos fluidos utilizados.
Utilizando a fórmula de tensão superficial Ɣ=𝐹𝑚𝑎𝑥4𝜋𝑟, calculou-se que a tensão superficial da glicerina é de 73,5 10-2 mN, do óleo de 41,9 10-2 mN, da água de 68,7 10-2 mN e da água com sabão de 26,8 10-2 mN.
DISCUSSÃO
A tensão superficial da água geralmente é maior do que a de outros líquidos comuns, porém nesse experimento foi observado que a tensão superficial da glicerina foi maior que a da água pura. A tensão superficial da água com sabão é menor que a da água pura. O mesmo aconteceu com o óleo, que apresentou tensão superficial menor que a da água.
Os sabões são agente que diminuem a tensão superficial. A parte hidrofóbica da molécula orienta-se para a face gasosa (superfície), permanecendo os grupos hidrofílicos em contanto com a água (¹). A bolha de sabão é formada porque a camada superficial da água apresenta tensão superficial que faz com que esta camada se comporte como uma membrana elástica. Porém, uma bolha de água pura não é estável e necessita da adição de um surfactante, o sabão, para estabilizá-la. O sabão diminui a tensão superficial da água em cerca de 60%, estabilizando as bolhas (²). O óleo se espalha formando uma película fina, isso faz com que ele tenha uma tensão superficial menor que a da água (PAUL, 2011). 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Física conceitual / Paul G. Hewitt; tradução: Trieste Freire Ricci; revisão técnica: Maria Helena Gravina. – 11ed. – Porto Alegre: Bookman, 2011. Xxiv, 744p.: il. color.; 28cm. 
(¹) http://www.spq.pt/magazines/BSPQ/618/article/30001960/pdf
(²) http://eduloureiro.dominiotemporario.com/doc/mfaula1a.pdf