Capilaridade é a tendência de certos fluidos de subirem tubos muito finos, muitas vezes até vencendo a força da gravidade. Diversos fenômenos físicos só podem ser devidamente explicados com base em conceitos do mundo microscópico, é o caso da capilaridade. Essa curiosa propriedade é explicada pela tensão superficial entre as moléculas do fluido e as paredes do tubo. Essa relação é quantitativamente descrita pela lei de Jurin.
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Tópicos deste artigo
- 1 - Resumo sobre capilaridade
- 2 - O que é capilaridade?
- 3 - Exemplos de capilaridade
- 4 - Como funciona a capilaridade?
- 5 - Capilaridade e a lei de Jurin
- 6 - Exercícios resolvidos sobre capilaridade
Resumo sobre capilaridade
- Capilaridade é a tendência que os fluidos têm de se moverem em tubos finos.
- São exemplos de capilaridade: a absorção de água pelas plantas, o transporte de seiva em árvores altas, a filtragem de líquidos e os termômetros.
- A tensão superficial é a força de coesão entre as moléculas do fluido que faz a superfície do líquido se comportar como uma membrana elástica.
- A capilaridade ocorre por causa da tensão superficial das moléculas do fluido com as paredes do tubo.
- A altura que o líquido sobe é dada pela lei de Jurin: \(h = \frac{2\ \cdot\ \gamma\ \cdot\ \cos(\theta)}{\rho\ \cdot\ g\ \cdot\ r} \\ \)
O que é capilaridade?
Capilaridade é um fenômeno da mecânica dos fluidos. É a propriedade que os fluidos têm de subir ou se mover em tubos muito finos, também chamados de capilares. Essa propriedade consegue fazer os fluidos vencerem até mesmo a força da gravidade.
Exemplos de capilaridade
As plantas conseguem absorver água por meio do fenômeno da capilaridade, transportando a água das raízes até as suas partes superiores, como pode ser visto na seguinte figura:
Já em árvores altas, a propriedade da capilaridade é fundamental para conseguir levar a seiva até o seu topo através de tubos extremamente finos. Nos laboratórios, a capilaridade pode ser usada para filtrar líquidos. E nos termômetros, como os de mercúrio, é usado um tubo capilar preenchido pelo fluido, o qual, conforme eleva-se a temperatura, aumenta a altura no tubo e, assim, permite medir o valor da temperatura.
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Como funciona a capilaridade?
O segredo da capilaridade está na tensão superficial. A tensão superficial é a propriedade que faz com que a camada superficial do fluido se comporte como uma membrana elástica. Essa propriedade é causada pelas forças de coesão entre moléculas. Na água, é causada pelas ligações de hidrogênio.
Na capilaridade, a força de coesão se dá pelas moléculas do fluido com as paredes do tubo, fazendo com que o líquido suba no tubo conforme molhe a parede. Quanto menor for o raio do tubo capilar, maior será a altura que o fluido subirá.
Capilaridade e a lei de Jurin
Sendo γ a tensão superficial do líquido, θ o ângulo de contato que o líquido faz com as paredes do tubo, ρ a densidade do líquido, g a aceleração da gravidade e r o raio do tubo capilar, a altura h que o líquido sobe no tubo é dada pela lei de Jurin:
\(h = \frac{2\ \cdot\ \gamma\ \cdot\ \cos(\theta)}{\rho\ \cdot\ g\ \cdot\ r} \\ \)
A seguir, separamos uma figura do tubo e a relação entre o raio do tubo capilar e o ângulo de contato que o líquido faz com as paredes do tubo:
Exercícios resolvidos sobre capilaridade
Questão 1. (PUC-RS) A tensão superficial da água explica vários fenômenos, como o da capilaridade, a forma esférica das gotas de água e o fato de alguns insetos poderem andar sobre a água. A alta tensão superficial da água é uma consequência direta:
A) da sua viscosidade.
B) do seu elevado ponto de fusão.
C) do seu elevado ponto de ebulição
D) das atrações intermoleculares.
E) das ligações covalentes entre os átomos de H e O.
Resolução: Alternativa D
A tensão superficial se dá pelas forças de coesão entre as moléculas da água, mais especificamente pelas ligações de hidrogênio.
Questão 2. Em um tubo fino, a água sofre o fenômeno da capilaridade e sobe uma altura de 2 cm. Considerando que a densidade da água é de 0,9982g · cm-3 e a sua tensão superficial é de 72,75 · 10-3Nm, encontre o valor do raio do tubo, tomando que θ = 0.
A) 1,56 · 10-5cm
B) 3,72 · 10-5cm
C) 5,89 · 10-5cm
D) 7,44 · 10-5cm
E) 9,23 · 10-5cm
Resolução: Alternativa D
Usando a lei de Jurin:
\(h = \frac{2 \cdot \gamma \cdot \cos(\theta)}{\rho \cdot g \cdot r} \\ r = \frac{2 \cdot \gamma \cdot \cos(\theta)}{\rho \cdot g \cdot h} \\ r = \frac{2 \cdot 72,75 \cdot 10^{-5} \cdot \cos(0)}{0,9982 \cdot 9,8 \cdot 2} \\ r = \frac{145,5 \cdot 10^{-5}}{19,56} \\ r = 7,44 \cdot 10^{-5}\ \text{cm} \)
Créditos da imagem
Fontes
CARRON, Wilson; GUIMARÃES, Osvaldo. As faces da física (vol. único). 1. ed. Moderna, 1997.
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, ondas e termodinâmica (vol. 2). 9 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2012.
NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Fluidos, oscilações e ondas, calor (vol. 2). 4 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2013.
