Bolhas Lentas


(O módulo encontra-se no átrio da entrada)

Vê e faz: Bombeia ar para dentro do cilindro com óleo e observa as bolhas a subir.

O que acontece: As bolhas sobem pelo fluído a velocidades diferentes. Quando se encontram, é sempre a mais pequena que “come” a maior!

As bolhas sobem porque a pressão por baixo delas é maior que a pressão por cima. Quanto mais se desce em profundidade num óleo ou na água, maior é a pressão. Esta flutuabilidade (ou força de impulsão) é muito maior que o peso do ar da bolha, portanto esta sobe.

Quando uma bolha se move no interior de um fluído, encontra sempre alguma resistência. Quanto mais depressa se desloca a bolha, mais resistente o fluído se torna à sua passagem. As camadas do fluído têm que se separar umas das outras para deixarem passar a bolha, o que representa um gasto de energia. O óleo de silicone deste módulo foi escolhido por oferecer uma resistência ou arrasto considerável e fazer com que as bolhas grandes se desloquem vagarosa e suavemente. Se, em seu lugar, tivesse sido utilizada água não teríamos bolhas tão grandes; estas dividir-se-iam em bolhas mais pequenas que subiriam desordenadamente.

As bolhas aceleram até que a força de resistência iguala a força de impulsão. Quanto maior for a bolha, maior é a “velocidade resultante”, ou seja, a velocidade a que a resistência e a força de impulsão se igualam. Uma bolha com o dobro do diâmetro desloca-se a uma velocidade quatro vezes maior.

Se soprares uma bolha grande logo a seguir a uma mais pequena, a maior apanha a outra, comprime-a como se fosse um sino e depois desloca-se para dentro dela. A bolha que fica por cima vê-se obrigada a mover-se à volta da bolha maior que está a tentar ultrapassá-la. Se observares com atenção a fina camada de óleo entre as duas bolhas momentos antes de se combinarem, poderás ver anéis de cores como os das bolhas de sabão. A diferença é que neste caso trata-se de uma fina película de ar com o óleo pela parte de dentro e pela parte de fora, em vez duma fina película de líquido com ar pela parte de dentro e de fora.

As bolhas minúsculas no fluído sobem muito devagar e não se ligam às maiores. Observa com atenção para veres a maneira como o fluído se desloca para um lado e volta ao mesmo lugar à medida que as bolhas maiores sobem através dele. Na verdade, quando as bolhas grandes estão a passar, o fluído e as bolhas minúsculas movem-se em laços - para cima e para fora e depois para baixo e para dentro, mas precisaríamos de um diagrama animado para mostrarmos este movimento!

Sabias que…

Em meados do século XIX, Sir George Stokes calculou a resistência exercida sobre uma bolha em deslocação através de um fluído viscoso dentro de um tubo muito largo. A sua fórmula indica que a força de resistência é proporcional ao diâmetro da bolha e à velocidade da mesma. Depois pode-se demonstrar que a velocidade regular de subida da bolha é função do quadrado do diâmetro. Portanto, se uma bolha tem o dobro do diâmetro, vai subir a uma velocidade quatro vezes maior. Isto não será verdade no caso de bolhas muito grandes, em que as paredes do tubo vão exercer uma resistência adicional à sua passagem.

As gotas da chuva e as pedras de granizo obedecem mais ou menos à fórmula de Stoke. Quanto maiores são, mais depressa caiem. É mais seguro e mais confortável apanharmos com um chuvisco em cima do que com uma tempestade de granizo!

O óleo de silicone do tubo é fornecido pela empresa de produtos químicos Dow Corning, do País de Gales. É tão espesso como um xarope, mas ao contrário deste, não se torna mais fluído com o aquecimento. Os óleos deste tipo são utilizados em preparações de cosméticos, como por exemplo, os cremes para as mãos. Este óleo tem uma viscosidade de 300 stokes (foi dado o nome de Sir George às unidades), que é 300 vezes menos fluído que a água!

Coisas que tu podes experimentar…

Podes observar as bolhas de gás a subir numa limonada ou em qualquer bebida gasosa. As bolhas tornam-se maiores perto do cimo do copo e deslocam-se mais rapidamente.