Vasos Comunicantes
Áreas do conhecimento ligadas ao experimento
Mecânica;
Hidráulica.
Princípios físicos ligados ao experimento
Princípio de Stevin;
Princípio de Pascal.
Princípio correlato ao experimento
Barômetro de Torricelli.
Descrição do experimento
Os Vasos comunicantes é um experimento em que podemos observar algumas propriedades associadas aos fluidos em equilíbrio hidrostático. A seguir, serão destacadas três dessas propriedades, que são:
1) A superfície livre do líquido, em todos os ramos, é horizontal e atinge a mesma altura (h);
2) Em todos os pontos do líquido que estão a mesma altura (1 e 2, por exemplo), a pressão é igual.
3) Na superfície livre do líquido (pontos A e B, por exemplo), as pressões são iguais e equivalem à pressão atmosférica local (Patm).
Cumpre ressaltar que as três propriedades citadas anteriormente são decorrentes da Lei de Stevin.
Conceitos importantes!
Antes de falarmos sobre o funcionamento dos vasos comunicantes, é oportuno lembrarmos de alguns conceitos associados ao estudo da Hidrostática. Vamos a eles:
Densidade: Define-se densidade absoluta do corpo (µ) como sendo a razão entre sua massa (m) e o volume (V) ocupado por ele. Veja a expressão:
Pressão hidrostática: Define-se pressão hidrostática como sendo a pressão exercida por uma coluna líquida. Não custa lembrar que a pressão hidrostática não depende da espessura dessa coluna líquida, mas sim de sua altura. Desse modo, podemos calcular a intensidade dessa pressão a partir da seguinte expressão:
Barômetro de Torricelli: Denomina-se barômetro de Torricelli um sistema composto por um tubo de vidro e uma cuba. Com o tubo (com aproximadamente 1 metro de altura) totalmente cheio de mercúrio, veda-se a sua extremidade livre e, em seguida, o tubo é emborcado na cuba contendo mercúrio. Depois, retira-se a vedação e o líquido desce até se estabilizar em uma altura (h), como mostra a ilustração ao lado. Na parte superior do tubo, surge um pequeno espaço vazio, contendo um pouco de vapor de mercúrio. Caso a experiência de Torricelli seja feita ao nível do mar (1 atm), a altura (h) da coluna de mercúrio terá 760 mm.
Na parte externa do tubo de vidro, superfície livre da cuba, a pressão é exatamente igual à pressão atmosférica local (1 atm).
Como funcionam os vasos comunicantes
No experimento, os vasos comunicantes estão fixos a um suporte circular de madeira que, através de um pivô, pode girar livremente. Na parte superior dos vasos, há um pequeno furo que expõe o conteúdo líquido à pressão atmosférica local. Desse modo, ao girarmos um pouco o suporte, vamos perceber que, mesmo com os vasos inclinados, suas respectivas superfícies permanecem numa mesma linha horizontal; comprovando, assim, a Lei de Stevin.
Neste momento, com os vasos inclinados e sem que os visitantes percebam, o monitor deve colocar o dedo sobre um dos orifícios, que fica na parte superior do vaso. Depois, sutilmente, o monitor deverá retornar os vasos à posição original e questionar:
Por que agora as superfícies dos vasos ficaram em desnível? Em seguida, o monitor deverá salientar a importância da “Experiência de Torricelli”.
Outros sistemas onde esses princípios ocorrem
Os Vasos comunicantes estão presentes em nosso cotidiano nos mais variados tipos de equipamentos, tais como: vasos sanitários, elevadores de automóveis usados em postos de gasolina, manômetros, sistemas de distribuição de água, alguns tipos de poços artesianos etc.
Perguntas frequentes:
1) O que é um fluido?
Resposta: Normalmente as pessoas pensam um fluido como sendo apenas um líquido. Mas, na verdade, um fluido é qualquer coisa que pode fluir, escoar. Isto inclui: líquidos, gases e vapores.
2) Quem foi Stevin?
Resposta: Simon Stevin, mais conhecido como Simon de Bruges, foi matemático e físico. Stevin nasceu em Bruges, Bélgica, em 1548, e morreu em Haia, Holanda, em 1620. Pode-se dizer que o estudo da hidrostática teve início com Stevin. Foi ele quem demonstrou que a pressão que um líquido exerce sobre uma superfície depende apenas da altura da coluna do líquido e da área da superfície, não importando o tamanho ou a forma do recipiente.
3) Em quais “Leis” a Hidrostática é baseada?
Resposta: A Hidrostática se fundamenta em três Leis:
1) Lei de Stevin (vasos comunicantes);
2) Lei de Pascal (prensa hidráulica);
3) Lei de Arquimedes (empuxo).
Links:
http://paginas.terra.com.br/educacao/pifer/ph11br/ph11br/hydrostpr_br.htm
http://pt.wikipedia.org/wiki/Hidrost%C3%A1tica
http://www4.prossiga.br/lopes/prodcien/fisicanaescola/cap4-1.htm
http://www.feiradeciencias.com.br/sala07/07_T01_03.asp
Créditos
Barômetro de Torricelli: