Ciência em Casa
Concursos 11 - 20
Ciência em Casa
C.11.

  Enche uma bacia com água e coloca no seu interior um bloco de gelo. Deixa o gelo derreter.
  O nível da água sobe, baixa ou permanece igual ao inicial (gelo mais água)?


O vencedor: Adelar Pizzatto (adelarpizzatto@bol.com.br)

 
Respondeu o seguinte:

O nível permanece o mesmo. Isto considerando se tratar de um experimento caseiro. Na realidade o nível poderá ser alterado em função dos seguintes factos:

  1) Caso a humidade relativa do ar esteja abaixo de 100%, a água do recipiente irá evaporar e o nível irá baixar.
  2) Dependendo da temperatura da água, o nível poderá subir ou descer um pouquinho. Como a água ocupa seu menor volume a 4ºC, se ela estiver abaixo disto, com o derretimento do gelo a temperatura irá diminuir , aumentando o volume da água, e consequentemente o nível. Caso a temperatura esteja acima de 4ºC, com o derretimento do gelo ela irá baixar diminuindo o volume da água, baixando o nível na borda da bacia. Porém não haverá alteração do nível da água em função da diferença de densidade do gelo com a água, porque, por ser mais leve que a água, o gelo só afunda uma parte. O volume submerso do gelo corresponde exatamente ao volume de água necessária para formar aquele bloco de gelo, portanto quando o gelo derreter a água correspondente a ele irá ocupar exatamente o mesmo volume que estava submerso do gelo, não havendo mudança no nível da água na borda da bacia.

O gelo é menos denso que a água por causa dos seguintes factores:

  1) Entre as moléculas da água há interações conhecidas como pontes de hidrogênio. Como na molécula da água há um ângulo de 105º entre seus três átomos, e como é muito grande a diferença de eletronegatividade entre o oxigênio e o hidrogênio, a molécula é muito polar. Isto quer dizer que além dos dois hidrogênios a que está ligado o oxigênio (polo negativo) atrai hidrogênios de outras moléculas. Na água, por ser um líquido, há movimento entre as moléculas. Abaixando-se a temperatura este movimento vai diminuindo e elas vão se organizando de tal maneira que o oxigênio de uma molécula fica ligado ao hidrogênio de outras duas moléculas de forma definitiva através das pontes de hidrogênio, formando um hexaedro regular que ocupa um volume maior que antes quando havia movimento relativo entre as moléculas. Está formado o gelo.
  2) Os gases dissolvidos na água, podem durante o congelamento "não conseguirem sair" e formar bolhas dentro do bloco de gelo diminuindo ainda mais sua densidade.
  3) Caso o congelamento seja muito rápido, poderá ocorrer a formação do gelo na parte externa primeiro, com água no interior. Quando esta água congelar também aumentará de tamanho provocando fendas que poderão não ser preenchidas, também diminuindo a densidade do gelo.


C.12.

  Nas estradas dos países onde o clima é mais frio é utilizado sal para baixar o ponto de congelação da água.
  Como é que o sal baixa o ponto de solidicação (congelação) da água? Qual é a temperatura mais baixa em que o sal ainda produz algum efeito?


O vencedor: Mauro Braga (mbfranca@ig.com.br)

 
Respondeu o seguinte:
 

  Ao adicionarmos sal, compostos em geral iônicos e portanto muito solúveis, este faz com que a distância média entre as moléculas de água seja aumentada, visto que ele se dissolve, ocupando um espaço intermolecular.
Portanto, para que a água passe ao estado sólido (atinja o ponto de solidificação) será necessário retirar uma maior quantidade de energia do sistema afim de que as moléculas de água fiquem mais próximas. Sendo assim, o ponto de solificação é abaixado.
A temperatura mais baixa a ser alcançada será a temperatura do ponto de solidificação, visto que após este ponto já haverá a formação de gelo.


C.13.

  Quando acendes uma vela verificas que a chama adquire uma forma característica.
  Esta forma característica é originada por que fenómenos? Em condições de ausência de gravidade, a forma característica é igual?


O vencedor: Lídia Raquel Vieira (ahmisaichikawa@hotmail.com)

 
Respondeu o seguinte:
 

  Quando acendo uma vela verifico que a chama adquire uma forma cónica. Esta forma característica deve-se às correntes de convecção para transportar para o topo da vela os produtos mais quentes (menos densos) da combustão (dióxido de carbono, fuligem e vapor de água), formados na base da vela e, ao mesmo tempo, para precipitar os elementos mais frios (mais densos), como o oxigénio, para a sua base.
Em microgravidade a convecção deixa de existir, e o transporte dos produtos de combustão e dos gases é efectuado por um processo muito mais lento, que é a difusão molecular. A difusão ocorre, como resultado da existência de um gradiente de concentração, dos produtos da queima e do oxigénio, entre as regiões próxima e longe da chama.
Pelo facto de ser um processo mais lento que a convecção, a queima da vela também se torna mais demorada e a chama assume uma forma esférica, uma vez que a difusão ocorre igualmente em todas as direcções.


C.14.

  Qual a estratégia a utilizar para saber se um ovo está cru ou cozido? Obviamente que não vale a estratégia de partir o ovo.


O vencedor: Milton Kanaciro (miltonkanaciro@hotmail.com)

 
Respondeu o seguinte:
 

  Basta girar o ovo sobre uma superfície e, em seguida, rapidamente, interromper o movimento do mesmo. O ovo cru tenderá a continuar girando. Isto ocorre pois a parte interna do ovo cru não está colada com a casca do ovo, o que ocorre com o ovo cozido. Assim, mesmo quando interrompido o movimento do ovo cru, o interior do ovo, por inércia, tenderá a continuar girando.


C.15.

    As bolas utilizadas actualmente no golfe têm covinhas na sua superfície. Por que razão? Não seria melhor que estas fossem lisas?


O vencedor:
Milton Kanaciro (miltonkanaciro@hotmail.com)

 
Respondeu o seguinte:
 

  As cavidades fazem com que o a resistência aerodinâmica (coeficiente de arrasto) diminua, fazendo com que a bola seja direcionada com uma maior precisão e a uma distância maior. Apesar de ser aumentada a superfície de contato da bola, estas cavidades criam "bolsas de ar" que apresentam menor resistência aerodinâmica do que a própria bola caso estas fossem lisas.
No início da prática deste esporte os jogadores percebendo que as bolas gastas iam mais longe do que as novas e faziam com que os iniciantes usassem as bolas novas até que estas sofressem desgastes até que ficassem rugosas suficientes e da forma como gostavam de usar.
A Penalty (empresa de materiais esportivos) desenvolveu uma bola de futebol com essas mesmas características visando obter uma bola que tenha um maior alcance e precisão ao ser chutada.


C.16.

Sabes explicar o porquê de sentirmos mais frio quando tocamos um pedaço de cobre, em comparação com um pedaço de madeira.
  Tem em atenção que tanto o pedaço de madeira, como o de cobre, estão à temperatura ambiente.


O vencedor: Milton Kanaciro (miltonkanaciro@hotmail.com)

 
Respondeu o seguinte:
 

  O cobre, por apresentar um menor calor específico (ou seja, necessita de menor quantidade de calorias para aumentar de temperatura), conduz o calor com maior facilidade do que a madeira, assim, quando tocado, absorve mais rapidamente o calor da nossa pele. Isso gera a sensação térmica de que o cobre está mais frio do que a madeira mesmo estando ambos à mesma temperatura. Essa é uma das características que faz com que o cobre seja um excelente material para fabricarmos panelas pois absorve rapidamente o calor e distribui o mesmo rapidamente por toda a sua superfície.


C.17.

  Quando sopramos suavemente na mão sentimos ar quente. Em contraste, quando sopramos com força sentimos ar frio.
  Como explicas este fenómeno?


O vencedor: Ana Ortins Pina (j.pina@netcabo.pt)

 
Respondeu o seguinte:
 

  Quando sopramos lentamente, sentimos na pele a temperatura do ar que expiramos, a qual é mais elevada que a do ambiente, pois o ar é expelido do interior do corpo, que se encontra, normalmente, a 36-37ºC. Logo, sentimos que este ar é quente. Ao soprar rapidamente, forçamos a evaporação súbita da humidade da pele (de uma forma mais intensa do que quando expiramos lentamente). Porquê? À superfície de uma substância no estado líquido (como é o caso da humidade que existe na epiderme), existe sempre uma dada quantidade de substância no estado gasoso, mantendo-se um equilíbrio; ao soprar, removemos as moléculas de água no estado gasoso, destruindo o equilíbrio e forçando outras moléculas a vaporizarem-se.
A evaporação é uma transformação física que requer energia - as moléculas de água têm de absorver energia da vizinhança para passarem ao estado gasoso. Assim, a nossa pele arrefece e sentimos que o ar expelido é frio.


C.18.

  Imagina que vivias no século dois, antes de Cristo, e que te perguntam qual o formato da terra.
  Que provas apresentavas para defenderes a teoria de que a terra tem a forma esférica e não plana?


O vencedor:
Fabio Ribeiro (fabio.ribeiro@schneider.com.br)

 
Respondeu o seguinte:
 

  Veja o mar. Verás que, se a Terra fosse plana, provavelmente provavelmente não seria possível vermos a "curvatura" da "linha" do mar na praia. Vejas quando o sol nasce também, verás que a linha do horizonte é curvilínea.


C.19.

  Como é que os lagos congelam? De cima para baixo ou de baixo para cima? Porquê?


O vencedor: Nuno Adriano Santos (Nast@portugalmail.com)

 
Respondeu o seguinte:
 

  As moléculas de H2O (água) ao contrário das substâncias a si semelhantes,nomeadamente H2S, H2Se, etc, forma ligações tetraedricas, ou seja cada molécula de água consegue ligar-se a outras três daí a forma hexagonal do gelo. Em resposta á pergunta, o lago congela de cima para baixo tal se sucede porque as moléculas de água na zona inferior do lago exercem forças de coesão entre elas estando cada moléculas estando uma molécula rodeada por todos os lados de outras moléculas de água, enquanto que as moléculas superficiais apenas estão rodeadas por baixo e pelos lados não estando rodeadas por cima, tal fenómeno origina uma tensão superfícial na água que permite que certos insectos caminhem sobre ela entre outros; embora essa tensão seja extremamente fraca é suficiente para diferenciar o tempo de congelação da água superficial, e inferior, sendo o primeiro menor. De notar também que a água não congela necessáriamente a 0ºC / 273K, pois a esta temperatura podem coexistir duas fases a sólida e a líquida.


C.20.

  Imagina que acabaste de escalar o Pirineus e que decidiste cozer um ovo. A água demorou mais ou menos tempo a ferver do que o habitual? E o ovo, cozeu mais depressa ou mais devagar? Porquê?


O vencedor: Emiliano Chemello (emiliano@quimica.net)

 
Respondeu o seguinte:
 

  Uma resposta curta seria que o cozimento do ovo seria mais devagar devido a diminuição da temperatura da água que ocorre em consequência da baixa pressão do "Pirineus" em relação ao habitual. Porém, uma resposta desse deixaria de mostrar todo o charme da Física que está contida nesse fenômeno. Portanto, vamos explorar mais o assunto:

O ovo cozinha a uma velocidade diretamente proporcional a temperatura da água, ou seja, quanto mais rápido a temperatura de ebulição da água ocorrer (temperatura onde a água passa do estado líquido para o estado gasoso), mas devagar o ovo cozinhará. Existem diversos fatores que influem na diminuição do ponto de ebulição de um líquido, e um deles é a pressão.
Recordemos que a pressão que estamos tratando é a pressão Atmosférica, (geralmente expressa na unidade de pressão "atm") a pressão exercida pela camada de ar sobre nossas cabeças. Essa pressão influi no processo de ebulição da água. No processo de ebulição, as moléculas de água mais rápidas que as demais e devidamente orientadas na superfície do líquido tendem a escapar do estado líquido e passar para a forma de vapor. Quanto maior for a pressão, mais rápidas as moléculas terão que ser para escapar do estado líquido e, como sabemos, a velocidade das moléculas é regida por uma variável de estado chamada temperatura.
Em regiões altas, a pressão atmosférica é menor do que ao nível do mar; devido a diminuição da camada de ar sobre o dado local. Por isso, os líquidos entram em ebulição mais facilmente (em menor temperatura) em grandes altitudes. Quanto maior a altitude, menor será a temperatura de ebulição e menor será a pressão reinante. De modo geral, a cada quilômetro acima do nível do mar, a temperatura de ebulição diminui de 3°C. Assim, se numa dada altitude a água ferver a 66°C teremos 34/3 = 11km, ou seja, no alto de uma montanha de 11km de altura; o Everest está lá pelos 8,5 km logo 8,5x3 = 25,5; 100-25,5= 74,5°C (essa é aproximadamente a temperatura da água a ferver no alto do Everest). Se soubermos quantos metros o "Pirineus" tem de altura em relação ao nível do mar, podemos calcular qual será a temperatura de ebulição da água que irá tentar cozer o ovo! Porém, adianto que se o objetivo é comer o ovo cozinho, não uma boa idéia subir no "Pirineus"! :-)





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