Na Figura Uma Demonstração Feita Com Garrafa Pet

Como fazer demonstrações de física com garrafa PET

A garrafa PET é um material barato e disponível em qualquer lugar. A maioria das demonstrações caseiras de física usa ela sem pensar muito no que está acontecendo de verdade. Vou explicar como fazer isso direito, porque tem gente que pega o tutorial pronto na internet e fica frustrado quando não funciona. A abordagem mais comum envolve pressão atmosférica e diferença de níveis. Você precisa de uma garrafa pet de dois litros, limpa e sem amassados. Pega uma agulha grossa ou um prego e faz furos laterais em alturas diferentes. O resultado imediato é que a água jorra mais forte do furo mais baixo. Isso parece óbvio, mas a explicação que a maioria dá é incompleta. A pressão hidrostática aumenta com a profundidade, sim, mas o formato da garrafa importa. Quando a água vai saindo, o nível desce e a pressão nos furos também muda ao longo do tempo.

na figura uma demonstração feita com garrafa pet

A montagem básica segue estes passos práticos. Corte a base da garrafa para ter acesso ao interior se for montar algo interno, como o famoso mergulhador cartesiano. Com a garrafa intacta, faça três furos a dois centímetros de distância um do outro, alinhados verticalmente. Use uma haste de arame para abrir e alargar cada furo depois de espetar. Coloque a garrafa dentro de uma bacia ou tigela funda, encha com água e observe os jatos. O de baixo alcança mais longe. O do meio, menos. O de cima, quase não sai água se a pressão não for suficiente. Existe um detalhe que os tutoriais não mencionam. A tensão superficial da água e a viscosidade criam um efeito real nas primeiras gotas. Se o furo for muito pequeno, perto de um milímetro de diâmetro, a água pode não sair mesmo no furo mais baixo, especialmente se a garrafa estiver semiaberta. A solução é usar um furo de pelo menos três milímetros, ou entupir o bico da garrafa com a tampa bem fechada e fazer os furos com uma broca mesmo. Diferente do que muitos dizem, tampa aberta não muda significativamente o comportamento dos jatos, porque a pressão atmosférica age igualmente em todos os pontos. O problema mais comum que eu já vi acontecer é o furo deformando a parede da garrafa. PET é termoplástico, então o calor do prego quente amolece o material ao redor e o furo fecha um pouco quando esfria. Eu já perdi uma tarde testando isso até descobrir. O workaround é passar o prego na chama rápido para aquecer, furar, e depois passar a ponta de um arame grosso para garantir que a abertura ficou livre. Não use fogo direto por muito tempo, senão a garrafa deforma e a demonstração fica desalinhada.

Outra versão: o mergulhador cartesiano

Esta versão é mais interessante visualmente. Você pega um canudinho cortado em pedaços pequenos, cerca de um centímetro cada, e adiciona uma minúscula quantidade de massa de modelar na ponta para ele ficar semi-submerso, quase na borda da flutuação. Coloca os pedaços dentro da garrafa cheia d'água e fecha com a tampa. Ao apertar a garrafa, os canudinhos descem. Ao soltar, sobem. O principio é a compressibilidade do ar preso dentro do canudo. Quando você aperta, a pressão interna aumenta, o ar comprime, entra mais água no canudo, e ele fica mais pesado. O erro frequente aqui é usar canudo demais. Se o canudo flutuar demais, jamais afundará mesmo apertando. Se flutuar de menos, ele já vai para o fundo sozinho. O ajuste ideal é aquele em que ele fica meio dentro, meio fora d'água quando parado. Leva alguns testes com pequenas quantidades de massa. Eu costumava usar massa bem mesmo, não argila demais mole, porque a argila mole absorve água e o peso muda com o tempo. Massa de modelar escolar comum funciona melhor e mantém o peso constante por semanas.

Demonstração de pressão com vela e garrafa

Esta é clássica e funciona na maior parte das vezes, mas tem uma variável que estraga tudo se você não prestar atenção. Pega uma garrafa PET cortada ao meio pela base, uma vela pequena dentro de um recipiente raso com água, e acende a vela. Coloca a garrafa de cabeça para baixo sobre a vela. A chama apaga e a água sobe dentro da garrafa. A explicação simplória diz que o oxigênio acabou e a pressão caiu. Isso é enganoso. O que realmente acontece é uma combinação de aquecimento do ar, expansão inicial, e depois contração quando a chama apaga. O vapor d'água produzido pela combustão também se condensa e contribui para a queda de pressão. O resultado líquido é a sucção da água para dentro. O caso em que isso falha é quando a garrafa está muito larga na base e o recipiente com água é raso demais. A diferença de pressão gerada é pequena e a água não sobe de forma visível. Já vi demonstrações falharem assim em escolas. A saída é usar uma garrafa mais estreita, como as de um litro, e um prato fundo com uns três centímetros de água. A vela precisa ser pequena, tipo as de bolo, porque vela grossa demais esquenta o ar excessivamente e a expansão inicial pode fazer água pingar antes da sucção ocorrer.

Dicas práticas que ninguém conta

Furos na garrafa devem ser feitos antes de encher. Tentar furar uma garrafa cheia é pedir para se molhar todo e estragar a demonstração. Se for fazer furos, use luvas finas. A garrafa escorrega e o prego ou furadeira patina. Eu já fiz um furo errado no dedo por causa disso, foi rápido e doeu menos do que expected, mas marca. Se quiser que os jatos sejam mais visíveis, use água levemente colorida com corante alimentício. Luz natural funciona melhor do que luz de LED amarelada para perceber a trajetória dos jatos. Em sala de aula, projetores e refletores criam sombras que confundem a percepção da distância alcançada pelos jatos. Garrafinhas menores, de 500 mililitros, dão resultados mais dramáticos porque a relação superfície-volume é diferente. A pressão relativa no fundo é a mesma, mas a velocidade de saída e a força do jato parecem mais intensas devido ao tamanho menor. Para demonstrações rápidas, eu prefiro essas. Para observação mais calma, a de dois litros é mais prática porque o nível de água cai devagar e o efeito é visível por mais tempo.

Não use garrafa PET reutilizada para bebidas ácidas ou gasosas se for fazer demonstrações precisas. O material já foi estressado termicamente e mecanicamente durante a produção original. Microfissuras aparecem com o tempo, especialmente perto das alças e do gargalo. Para demonstrações de pressão, isso é problemático porque a água pode vazar por endroits que não foram planejados. Garrafa nova ou usada apenas uma vez é mais segura. A vida útil das demonstrações com garrafa PET é longa se você guardar o material organizado. Uma garrafa furada pode ser vedada com fita adesiva entre usos, mas a fita resseca e perde aderência com o tempo. Se for reutilizar várias vezes, guarde as garrafas em sacos plásticos separados para não amassar. Amassados alteram completamente a dinâmica dos jatos e a geometria das superfícies, o que quebra a lógica da demonstração.