Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Mecânica dos Fluidos- Ed: 1º - Capítulo 2.Problemas - Ex. 51
O que é tensão superficial? O que a causa? Por que a tensão superficial também é chamada de energia superficial?
Passo 1
A questão pede para a gente explicar o que é a tensão superficial. Para responder essa pergunta, vamos responder outra pergunta! Por que uma pequena gota d’água que está sobre uma folha possui um formato de esfera ao invés de se espalharem sobre a superfície da folha? Em outras palavras, por que a gota d’água tem formato de esfera ao invés de parecer uma poça?
Isso acontece, porque a superfície do líquido (no caso, água) age como se fosse a borracha de uma bexiga cheia de água. A superfície, assim como a borracha, se estica e se tensiona, impedindo as moléculas da superfície deixarem a gota. Isso faz com que as moléculas de dentro da gota fiquem presas nela ao invés de se espalharem pela superfície!
Essa força de tração que tensiona a superfície da gota atua em uma direção tangente à superfície! A intensidade dessa força por unidade de comprimento é chamada de tensão superficial !
Passo 2
Para a gente conseguir entender como essa tensão superficial surge, vamos imaginar que somos capazes de ver microscopicamente cada molécula dessa gota líquida. Podemos ver dois tipos de molécula: as moléculas que estão na superfície e as moléculas que estão dentro da gota. A imagem abaixo ilustra esses dois tipos de molécula.
As moléculas que estão ao redor da molécula de dentro aplicam forças de atração nessa molécula. No entanto, essas forças se equilibram por causa da simetria das forças. Isso faz com que as forças de atração não exerçam uma força resultante sobre essa molécula de dentro!
As moléculas da superfície também são atraídas pelas moléculas que estão dentro da gota. No entanto, as forças atrativas que atuam sobre essa molécula da superfície não são simétricas. As forças atrativas aplicadas pelas moléculas de gás que estão perto da superfície líquida são geralmente muito pequenas e não conseguem se equilibrar com as forças atrativas das moléculas que ficam dentro do líquido.
Por isso, existe uma força atrativa resultante atuando sobre as moléculas da superfície do líquido. Essa força tende a puxar as moléculas da superfície para dentro da gota! Essa é a origem da tensão superficial!
Passo 3
Foi dito que a tensão superficial é a força de tração por unidade de área. No entanto, essa não é a única forma de entender o que é a tensão superficial ! Ela também pode ser interpretada de outra forma! Ela pode ser entendida como o trabalho que precisamos realizar para esticar a superfície, aumentando sua área em uma unidade ( no caso do Sistema Internacional de Unidades conhecido pela sigla S.I.).
Em outras palavras, a tensão superficial também pode ser entendida como a energia que precisamos gastar para aumentar a área de uma superfície em . Ou seja, se a superfície de um líquido possuía de área, a tensão superficial é a energia que precisamos gastar para fazer essa superfície ficar com de área. Por causa disso, a tensão superficial também é chamada de energia superficial!
Resposta
A tensão superficial é a intensidade da força de tração da superfície de um líquido por unidade de comprimento. A tensão superficial é causada pela força de atração entre as moléculas. A tensão superficial pode ser chamada de energia superficial, porque ela é o trabalho de tração necessário para aumentar a área da superfície do líquido em uma unidade.