Qualquer objeto, para afundar, precisa romper a superfície livre da água, ou de qualquer outro fluido. Esta resistência oferecida pela superfície é chamada de Tensão Superficial. Podemos dizer que a agulha estava sendo suportada pela tensão superficial da superfície não deixando-a afundar. A agulha não afunda porque não tem peso suficiente, o peso está distribuído. É evidente que uma esfera, tendo a mesma massa, esta iria submergir porque a tensão superficial iria atuar num perímetro muito pequeno. É evidente que temos que levar em conta a força de empuxo exercida pela água sobre a agulha. A agulha flutuando está em equilíbrio, portanto a soma das forças é nula. A força de empuxo é obtida pelo Princípio de Arquimedes. Para entender a tensão superficial devemos entender que um líquido se constitui de moléculas.
Analisando as interações inter-moleculares que uma molécula sofre no interior do líquido, pode-se tirar a conclusão que essa molécula é atraída e repelida de maneira que a resultante das forças seja praticamente nula. Uma molécula na superfície sofre atrações para o interior do líquido, mas no sentido contrário não sofre qualquer força. Isso vai implicar que na superfície de água existam forças não compensadas, fazendo com que a área da superfície seja mínima. Quando uma molécula superficial eleva-se ligeiramente acima da superfície, as ligações moleculares entre ela e as moléculas adjacentes são tensionadas e aparece uma força restauradora que puxa a molécula para a superfície. Esta força é análoga a uma membrana elástica de um balão de aniversário inflado. Esse fenômeno é chamado de tensão superficial.
A tensão superficial é definida como uma força contrativa que opera no perímetro da superfície livre para o ar e que tende a comprimi-la. A força necessária para romper a ligação entre as moléculas na superfície pode se medir, supondo arrancar uma fina agulha da superfície de um líquido. Esta força é proporcional ao comprimento da parte da superfície que foi rompida, o que é igual ao dobro do comprimento da agulha, pois a película da superfície circunda ambos os lados da agulha. Considerando que a massa, m, da agulha não é desprezível definimos a Tensão Superficial do líquido como: É a ação da tensão superficial que faz com que as gotas tendam a ser esféricas na ocasião de sua formação, na procura de minimizar a área superficial da gota.
Abaixo você assistirá um vídeo ilustrativo sobre Tensão Superficial.
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