quinta-feira, 17 de abril de 2014

O MERGULHADOR DE DESCARTES E FUNCIONAMENTO DOS SUBMARINOS

Por: Ana Caroline Pschedit

O mergulhador de descartes é um experimento completo para se explorar a hidrodinâmica, além de ajudar a compreender como funcionam alguns submarinos. 

Você pode construir um mergulhador com: uma garrafa pet, uma tampa de caneta e um pouco de massa de modelar.  

Encha a garrafa com água. Coloque uma bolinha de massa de modelar na ponta da tampa da caneta para que ela não vire. Se sua tampa for furada, você terá que fechar esse furo com massa. Agora mergulhe a tampinha na água dentro da garrafa, tentando manter certa quantidade de ar armazenada no fundo da tampa. 

Figura 1 – Montagem da tampa.

A tampa deve ficar boiando, se não ficar, retire da água e tente novamente, se continuar a afundar tente também diminuir a quantidade de massinha de modelar. Em seguida feche a garrafa, seu mergulhador está pronto!

Apertando a garrafa, você perceberá que a tampa irá afundar e, quando soltá-la, ela volta à superfície. Você saberia explicar o que está acontecendo? Será que esse efeito é útil? será que tem alguma aplicação tecnológica?

Para entender o funcionamento deste experimento é preciso compreender alguns conceitos físicos importantes como densidade, princípio de Pascal e empuxo. 

Então vamos lá.

DENSIDADE é a razão da massa de um corpo pelo seu volume. Por exemplo, a densidade da água é 1,00 g/cm³, o que significa que um grama de água ocupa o espaço 

de um centímetro cúbico.

O PRINCIPIO DE PASCAL, elaborado pelo físico e matemático francês Blaise Pascal (1623-1662) diz que “qualquer alteração de pressão em um fluido em equilíbrio 

é transmitida totalmente a todos os pontos do fluido".

O EMPUXO é uma força de sustentação exercida por fluidos em corpos que estejam mergulhados. Por exemplo, uma bolinha de isopor só pode boiar na água porque o liquido exerce uma força que mantêm a bola suspensa, o que sempre ocorrerá se o peso do objeto for menor ou igual à força de empuxo. Caso contrário (empuxo menor que o peso) o objeto irá afundar. 

Um corpo qualquer ao ser imerso na água irá deslocar certa quantidade de líquido, sendo o peso dessa quantidade correspondente à intensidade do empuxo. Como o peso do objeto e o peso do liquido deslocado dependem respectivamente das suas densidades, então podemos dizer que, se um objeto tem densidade media maior que a densidade media do liquido, irá afundar. Já se a densidade do objeto for menor que a densidade do liquido então ele irá boiar.

No mergulhador de Descartes acontece uma variação da densidade média da tampa suspensa na água. No primeiro momento a tampinha está boiando, pois a sua densidade média (tampa + peso da massa de modelar + ar) é menor do que a da água. Quando apertamos a garrafa, causamos um aumento de pressão no liquido e, pelo principio de Pascal, sabemos que essa pressão é propagada para todos os pontos do fluido, Inclusive dentro da tampa, onde existe uma quantidade de ar, que é então, levemente comprimido. O ar passa então a ocupar um volume menor, porém mantendo a massa constante. Logo, sua densidade é aumentada, fazendo com que o objeto afunde.

O segredo do experimento é que no momento inicial a densidade média da tampa é levemente menor que a da água, qualquer pequeno aumento faz com que ela tenha uma densidade levemente maior, fazendo-a afundar. Quando soltamos a garrafa, a pressão volta ao normal. Assim, o ar dentro da tampa assume o volume e a densidade inicial, fazendo - a voltar à superfície.

Você pode brincar com seus amigos, dizendo que ele é um detector de mentira.
A brincadeira é a seguinte: peça para seu amigo contar alguma historia e apertar a garrafa, diga que se a tampa boiar a historia é verdadeira, mas se afundar então é mentira. Mas você sabe que ela sempre irá afundar!

E a real utilidade desse efeito?

Os submarinos, por exemplo, utilizam também a variação de densidade para afundar ou submergir na água, ou seja, seu funcionamento é muito parecido com o do experimento que você acabou de fazer.

Veja na imagem abaixo:

Figura 2 - Submarinos. Fonte: wikimedia.

Na primeira imagem os tanques estão cheios de ar e o submarino bóia. Na imagem B temos um pouco de água nos tanques. Com o aumento de água a densidade media do submarino inteiro aumenta e então ele pode afundar na água. 

Controlando a quantidade de água nos tanques, o piloto/comandante pode controlar a profundidade do submarino.  Lembrando que neste caso são bombas mecânicas que comprimem o ar deixando a água entrar quando se quer afundar ou expulsam a água quando se quer emergir.


REFERÊNCIAS:

Carron. W e Guimarães. O. As Faces da Física. Volume Único. Cap.18.
Paraná. D.N. S. Física Para Ensino Médio. Volume Único. Cap. 13.

PARA SABER MAIS:
https://www.youtube.com/watch?v=R6XCLdEEj0c
http://parquedaciencia.blogspot.com.br/2013/07/por-que-os-navios-mesmo-sendo-tao.html

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