Telecurso 2000. Física Completo. - 19fis

Telecurso 2000. Física Completo. - 19fis

(Parte 1 de 2)

19 AULA

O ar estÆ pesado 19

Fim de semana, Gaspar vai à praia. Ele mora numa cidade distante do mar, nªo só distante, como tambØm mais alta do que o mar: Ø preciso descer a serra. Num momento, durante a descida da serra, Gaspar teve a sensaçªo de ensurdecer: seus ouvidos ficaram tapados.

VocŒ jÆ teve essa sensaçªo? O que se faz normalmente Ø bocejar ou engolir para que a sensaçªo estranha desapareça! Por que e como isso acontece?

Muito prazer: atmosfera

Na Aula 12, vocŒ aprendeu que todos os objetos se atraem e os que estªo próximos à Terra sªo atraídos para sua superfície.

Envolvendo a Terra existe uma camada formada por gases. Essa camada recebe o nome de atmosfera atmosfera atmosfera atmosfera atmosfera (Figura 1). A atmosfera contØm, entre outros gases, oxigŒnio, que Ø essencial à vida.

Os gases sªo formados por conjuntos de

Ætomos, chamados de molØculasmolØculasmolØculasmolØculasmolØculas. Essas molØ- culas possuem massa e sªo atraídas para a Terra, mantendo-se, assim, ao seu redor.

Existem muitas dessas molØculas envolvendo a Terra e sendo atraídas na sua direçªo. Cada uma delas Ø extremamente leve, pois sua massa Ø muito pequena, mas, como existem muitas delas, o peso de todas juntas Ø considerÆvel.

Durante a descida da serra, Alberta, a esposa de Gaspar, disse: “Gaspar, no próximo sÆbado iremos comprar um fogªo novo. Nªo me venha com desculpas. Caso contrÆrio nªo cozinharei mais!”

E Gaspar respondeu: “Querida, por favor, nªo me faça pressªopressªopressªopressªopressªo.” Nesse diÆlogo do cotidiano, Gaspar usou a palavra pressªopressªopressªopressªopressªo. Pressªo Ø tambØm um conceito físico e vamos discutir o seu significado mais adiante. Antes, vamos verificar o que pressªopressªopressªopressªopressªo significa, no contexto acima.

Atmosf era

Terra Atmosfera Terra

Figura 1

AULANessa situaçªo, Alberta estÆ tentando forçar forçar forçar forçar forçar Gaspar a comprar um fogªo novo, pois, ao que parece, ele nªo estÆ com muita vontade.

No dicionÆrio encontramos, entre outros, estes significados:

Em Física isso tambØm acontece. Os conceitos de forçae de pressªo estªo

Observe que, nessa situaçªo, foram utilizadas duas palavras relacionadas a dois conceitos físicos: forçaforçaforçaforçaforça, que vocŒ jÆ conhece, , , , , e pressªopressªopressªopressªopressªo. No texto acima, Ø ainda possível perceber que forçaforçaforçaforçaforça e pressªopressªopressªopressªopressªo estªo relacionadas, mas nªo tŒm o mesmo significado, nªo sªo sinônimos. relacionados, mas nªo sªo a mesma coisanªo sªo a mesma coisanªo sªo a mesma coisanªo sªo a mesma coisanªo sªo a mesma coisa!

Vamos analisar o significado de pressªopressªopressªopressªopressªo na Física e qual sua relaçªo com o conceito de forçaforçaforçaforçaforça.

Pegue um alfinete e um lÆpis (com a extremidade sem ponta) e empurre-os contra uma folha de papel colocada sobre uma mesa. Procure empurrÆ-los com a mesma força. VocŒ notou alguma diferença sobre o papel?

Veremos adiante como sua observaçªo estÆ relacionada ao conceito de pressªo. Antes, vejamos outro exemplo:

Passo-a-passoPasso-a-passoPasso-a-passoPasso-a-passoPasso-a-passo

Se vocŒ jÆ passou pela experiŒncia de pregar um prego na parede (se ainda nªo passou, experimente!), deve ter notado que os bons pregos tŒm uma ponta bem fina na extremidade, e nªo uma extremidade reta, como se pode ver na Figura 2. Qual dos dois pregos penetra mais facilmente na parede?

Se vocŒ martelar os dois pregos contra a parede, verÆ que o prego pontudo entrarÆ na parede com mais facilidade.

Por que isso acontece? Qual Ø a diferença entre as duas situaçıes? Em ambas as situaçıes, a força que fazemos com o martelo Ø transmitida pelo prego à parede. Vamos supor que essa força seja igual nas duas situaçıes.

A œnica diferença Ø o tamanho da superfície de contato, isto Ø, da regiªo do prego que encosta na parede. Em outras palavras, a Ærea onde a força Ø aplicadaÆrea onde a força Ø aplicadaÆrea onde a força Ø aplicadaÆrea onde a força Ø aplicadaÆrea onde a força Ø aplicada Ø diferente nas duas situaçıesØ diferente nas duas situaçıesØ diferente nas duas situaçıesØ diferente nas duas situaçıesØ diferente nas duas situaçıes.

Entªo, o efeito desejado (que o prego entre na parede) serÆ melhor quanto menor for a Ærea de contato entre o prego e a parede, isto Ø, quanto mais pontudo for o prego.

O prego pontudo entra na parede com mais facilidade porque a pressªo quepressªo quepressªo quepressªo quepressªo que ele exerce sobre a parede Ø maiorele exerce sobre a parede Ø maiorele exerce sobre a parede Ø maiorele exerce sobre a parede Ø maiorele exerce sobre a parede Ø maior. Assim, quanto menor for a Æreaquanto menor for a Æreaquanto menor for a Æreaquanto menor for a Æreaquanto menor for a Ærea de aplicaçªo da força, mais facilmente o prego entrarÆ na parede, pois maior serÆ a pressªomaior serÆ a pressªomaior serÆ a pressªomaior serÆ a pressªomaior serÆ a pressªo que ela exercerÆ sobre a parede.

Pressão Pressionar Forçar

Coação, ato de pressionar. Coagir, fazer pressão sobre algo. Conquistar, obter por força, levar alguém a fazer algo contra a sua vontade.

Prego "tipo A"Prego "tipo B" Figura 2

AULASe usarmos dois pregos iguais (pontudos), veremos que, quanto maior forquanto maior forquanto maior forquanto maior forquanto maior for a força aplicadaa força aplicadaa força aplicadaa força aplicadaa força aplicada, mais facilmente o prego entrarÆ na parede, pois maior serÆ amaior serÆ amaior serÆ amaior serÆ amaior serÆ a

pressªopressªopressªopressªopressªo. Portanto, quanto maior o força aplicada numa superfície, maior serÆ a pressªo da força exercida sobre essa superfície.

Entªo, podemos juntar as duas observaçıes e dizer que: la pressªo Ø inversamente proporcional inversamente proporcional inversamente proporcional inversamente proporcional inversamente proporcional à Ærea; la pressªo Ø diretamente proporcionaldiretamente proporcionaldiretamente proporcionaldiretamente proporcionaldiretamente proporcional à força.

Matematicamente, a pressªo (p) Ø definida como:

p = F

Agora Ø possível entender por que, quando se empurra o alfinete e o lÆpis contra o papel, com a mesma força, o alfinete fura o papel, ou ao menos deixa uma marca, e o lÆpis nªo faz nada: a pressªo do alfinete sobre o papel Ø maiora pressªo do alfinete sobre o papel Ø maiora pressªo do alfinete sobre o papel Ø maiora pressªo do alfinete sobre o papel Ø maiora pressªo do alfinete sobre o papel Ø maior.

VocΠsabia?VocΠsabia?VocΠsabia?VocΠsabia?VocΠsabia?

Por causa da pressªo, Ø difícil caminhar na areia com sapatos de salto fino. É muito mais fÆcil andar com os pØs descalços. Devido ao nosso peso, nossos pØs exercem pressªo sobre a areia. Quando andamos descalços, a superfície de contato, onde a força Ø aplicada (Ærea dos pØs), Ø maior do que quando andamos com os sapatos (Fig. 3), de forma que a pressªo serÆ menor e afundaremos menos, o que facilita a caminhada.

Pela mesma razªo, podemos nos deitar numa cama de pregos. Quando nos deitamos, o nosso peso se distribui por uma Ærea grande e, dessa forma, a pressªo de cada prego Ø pequena, e nªo nos fere. Se, por outro lado, ficÆssemos em pØ sobre a cama, com certeza iríamos nos machucar, pois agora o nosso peso estaria distribuído por uma Ærea bem menor (dos pØs) e, assim, a pressªo seria bem maior.

Pressªo, atmosferapressªo atmosfØrica...

Afinal, qual a relaçªo entre as coisas que discutimos: os pregos, a força, a pressªo, a atmosfera, e o ouvido do Gaspar?

A conversa a respeito dos pregos serviu para que vocŒ aprendesse sobre o conceito de pressªo. Para existir pressªo, Ø preciso que uma força seja aplicada a uma superfície, portanto, quando se fala em pressªo, entendemos pressªo depressªo depressªo depressªo depressªo de uma força sobre uma superfícieuma força sobre uma superfícieuma força sobre uma superfícieuma força sobre uma superfícieuma força sobre uma superfície.

Vimos como a pressªo varia quando variamos a força e a Ærea; portanto, podemos afirmar que:

Figura 3

AULAA pressªo de uma força aplicada a uma superfície (ou simplesmenteA pressªo de uma força aplicada a uma superfície (ou simplesmenteA pressªo de uma força aplicada a uma superfície (ou simplesmenteA pressªo de uma força aplicada a uma superfície (ou simplesmenteA pressªo de uma força aplicada a uma superfície (ou simplesmente pressªo), Ø igual à intensidade da força aplicada, dividida pela Æreapressªo), Ø igual à intensidade da força aplicada, dividida pela Æreapressªo), Ø igual à intensidade da força aplicada, dividida pela Æreapressªo), Ø igual à intensidade da força aplicada, dividida pela Æreapressªo), Ø igual à intensidade da força aplicada, dividida pela Ærea da superfície onde essa força Ø aplicada.da superfície onde essa força Ø aplicada.da superfície onde essa força Ø aplicada.da superfície onde essa força Ø aplicada.da superfície onde essa força Ø aplicada.

Como vimos no início da aula, ao nosso redor e acima de nossas cabeças, existe ar e esse ar tem peso; logo, ele irÆ exercer pressªo sobre as nossas cabeças. E nªo só sobre elas, mas sobre toda a superfície da Terra. Essa pressªo Ø chamada de pressªo atmosfØricapressªo atmosfØricapressªo atmosfØricapressªo atmosfØricapressªo atmosfØrica.

Pressªo atmosfØrica Ø a pressªo que aPressªo atmosfØrica Ø a pressªo que aPressªo atmosfØrica Ø a pressªo que aPressªo atmosfØrica Ø a pressªo que aPressªo atmosfØrica Ø a pressªo que a atmosfera exerce sobre a superfície da Terra.atmosfera exerce sobre a superfície da Terra.atmosfera exerce sobre a superfície da Terra.atmosfera exerce sobre a superfície da Terra.atmosfera exerce sobre a superfície da Terra.

Agora veja: se a pressªo depende diretamente da força, nesse caso, o peso do ar e, esse, depende da quantidade de molØculas que existe lÆ para cima, entªo, quanto menor for a espessura da atmosfera, menor serÆ sua pressªo e vice-versa. Portanto, a pressªo atmosfØrica diminui com a altitudeatmosfØrica diminui com a altitudeatmosfØrica diminui com a altitudeatmosfØrica diminui com a altitudeatmosfØrica diminui com a altitude, isto Ø, com a altura do altura do altura do altura do altura do local, emlocal, emlocal, emlocal, emlocal, em relaçªo ao nível do marrelaçªo ao nível do marrelaçªo ao nível do marrelaçªo ao nível do marrelaçªo ao nível do mar.

atmosfØrica foi aumentando, e o seu ouvidoVamos estudar um pouco o ouvido.

E o que aconteceu a Gaspar? À medida que foi descendo a serra, a pressªo

VocΠsabia?VocΠsabia?VocΠsabia?VocΠsabia?VocΠsabia?

No ouvidoouvidoouvidoouvidoouvido, existe uma pele muito fina, chamada tímpanotímpanotímpanotímpanotímpano, que separa o interior do ouvido da sua parte externa. Em situaçıes normais, a pressªo nos dois lados do tímpano Ø praticamente a mesma, de forma que ele nªo sente pressªo. O tímpano Ø uma membrana muito fina e delicada. Por isso, precisamos ter muito cuidado ao usar cotonetes e tambØm com sons e ruídos muito intensos, para nªo feri-lo. O tímpano Ø o principal responsÆvel pela nossa audiçªo, e fortes agressıes poderªo resultar em surdez.

VocŒ jÆ pode imaginar o que ocorreu: à medida que a pressªo atmosfØrica foi aumentando, a pressªo do lado externo do tímpano ficou maior do que do outro lado; entªo, o tímpano foi pressionado e empurrado levemente para dentro. Essa foi a causa da sensaçªo estranha no ouvido do Gaspar.

Ao engolir saliva ou bocejar, a pressªo nos dois lados se torna igual novamente e desaparece a sensaçªo desagradÆvel.

Cidade A

Cidade B

Na cidade A a coluna de ar • maior, logo a press‹o tamb•m.

Figura 4. A coluna de ar é maior na cidade A, portanto a pressão também é maior.

AULAÉ possível medir a pressªo atmosfØrica?

AtØ o sØculo XVII, pouco se sabia sobre a pressªo atmosfØrica. Muitas pessoas nem acreditavam que de fato ela existia.

Um físico italiano chamado Evangelista Torricelli, por volta de 1630, realizou uma experiŒncia que comprovou a existŒncia da pressªo atmosfØrica e, alØm disso, determinou o seu valor.

Torricelli teve uma ótima idØia: primeiro apanhou um recipiente cheio de mercœrio (aquele líquido prateado usado nos termômetros). Depois, pegou um tubo fechado de um lado e o encheu com mercœrio (Figura 5). Em seguida, tapou a outra extremidade e mergulhou o tubo no recipiente (com a parte tapada virada para baixo).

Ao destapar o tubo, ele observou que a coluna de mercœrio desceu atØ atingir uma certa altura: 76 cm. Torricelli entªo concluiu que:

A pressªo exercida pela coluna de mercœrio Ø igual àA pressªo exercida pela coluna de mercœrio Ø igual àA pressªo exercida pela coluna de mercœrio Ø igual àA pressªo exercida pela coluna de mercœrio Ø igual àA pressªo exercida pela coluna de mercœrio Ø igual à pressªo atmosfØrica, pois ela Ø capaz de equilibrar a coluna.pressªo atmosfØrica, pois ela Ø capaz de equilibrar a coluna.pressªo atmosfØrica, pois ela Ø capaz de equilibrar a coluna.pressªo atmosfØrica, pois ela Ø capaz de equilibrar a coluna.pressªo atmosfØrica, pois ela Ø capaz de equilibrar a coluna.

É importante notar que, dentro do tubo, fica uma regiªo sem ar: o vÆcuovÆcuovÆcuovÆcuovÆcuo. Se fosse feito um buraco no topo do tubo, o ar entraria e a coluna desceria, atØ atingir o mesmo nível do mercœrio no recipiente, pois seria pressionada pela atmosfera.

Entªo, Torricelli concluiu que:

A pressªo atmosfØrica (pA pressªo atmosfØrica (pA pressªo atmosfØrica (pA pressªo atmosfØrica (pA pressªo atmosfØrica (patmatmatmatmatm) equivale à pressªo exercida) equivale à pressªo exercida) equivale à pressªo exercida) equivale à pressªo exercida) equivale à pressªo exercida por uma coluna de mercœrio de 76 cm de altura.por uma coluna de mercœrio de 76 cm de altura.por uma coluna de mercœrio de 76 cm de altura.por uma coluna de mercœrio de 76 cm de altura.por uma coluna de mercœrio de 76 cm de altura.

Figura 5

Figura 6. O mercúrio dentro do tubo desce até ficar equilibrado, a 76 cm de altura.

P P 76 cm

V‡cuo Press‹o da coluna de l’quido (Hg)

O mercœrio do tubo desce at• ficar equilibrado: = P 76 cm Hg

AULAO mercœrio Ø representado pelas letras Hg, entªo: patm = 76 cmHg

Note que centímetros de mercœriocentímetros de mercœriocentímetros de mercœriocentímetros de mercœriocentímetros de mercœrio (cmHg) Ø uma unidade de pressªo, assim como o quilogramaquilogramaquilogramaquilogramaquilograma (kg) Ø uma unidade de massa e o newtonnewtonnewtonnewtonnewton (N) Ø de força. Foi criada uma outra unidade de pressªo chamada atmosferaatmosferaatmosferaatmosferaatmosfera (atm) que equivale à pressªo atmosfØrica. Entªo:

patm = 1 atm JÆ que 76 cmHg equivalem à pressªo atmosfØrica, sªo equivalentes:

patm = 1 atm = 76 cmHg

Para sua curiosidade, colocamos na tabela ao lado o valor da pressªo atmosfØrica de acordo com a altitude:

O nível do mar corresponde à altitude 0 m: aí, a pressªo atmosfØrica Ø mÆxima.

Chegando ao mar: um bom mergulho!

Gaspar mergulhou fundo. De repente“Ai, que dor no ouvido!” Desta vez

Finalmente, Alberta e Gaspar chegaram à praia. O mar estava um pouco agitado e Gaspar sabe nadar muito bem. Pegou sua mÆscara de mergulho e foi direto para a Ægua. nªo foi só uma sensaçªo estranha, doeu pra valer. Sabe por quŒ?

Conforme vocŒ aprendeu, quando uma força Ø aplicada sobre uma superfície, ela exerce pressªo. Viu tambØm que existe uma “coluna de ar” sobre nossas cabeças e que, como tem peso, tambØm exerce pressªo sobre nós.

O que acontece quando mergulhamos na Ægua? Acima de nossas cabeças existe, alØmalØmalØmalØmalØm da coluna de ar, uma coluna de Ægua. Essa coluna de Ægua tambØm tambØm tambØm tambØm tambØm tem pesotem pesotem pesotem pesotem peso e, portanto, tambØm exerce pressªo sobre nósexerce pressªo sobre nósexerce pressªo sobre nósexerce pressªo sobre nósexerce pressªo sobre nós. Pobre tímpano! Entªo:

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