Dentro e Fora: Demonstrando a Lei de Boyle

Um projeto de ciência cheio de pressão da Science Buddies

Conceitos chaveFísicaGásPressãoVolumeLei de Boyle

Introdução Você provavelmente já abriu um refrigerante antes e o líquido efervesceu da garrafa, criando uma grande bagunça. Por que isso acontece? Tem a ver com o gás dióxido de carbono que é adicionado ao líquido para torná-lo efervescente. A abertura da garrafa libera a pressão acumulada no interior, fazendo com que a mistura gás-líquido saia rapidamente da garrafa. Nesta atividade você demonstrará – com a ajuda de balões cheios de ar e água – como um gás muda de volume dependendo de sua pressão.

Fundo A diferença entre sólidos, líquidos e gases é como as partículas (moléculas ou átomos) se comportam. Partículas em sólidos são geralmente compactadas em um padrão regular. Embora as partículas em um líquido também estejam próximas, elas podem se mover livremente. As partículas de gás, no entanto, estão amplamente espalhadas e ocupam muito espaço. Eles continuam a se espalhar para qualquer espaço disponível. Isso significa que, ao contrário dos líquidos e sólidos, o volume de um gás não é fixo. Robert Boyle, químico e físico do século 17, descobriu que o volume do gás, ou seja, quanto espaço ele ocupa, está relacionado à sua pressão – e vice-versa. Ele descobriu que se você pressurizar um gás, seu volume se contrai. Se você diminuir a pressão, o volume aumenta.

Você pode observar uma aplicação da Lei de Boyle na vida real quando enche os pneus da sua bicicleta com ar. Quando você bombeia ar para um pneu, as moléculas de gás dentro do pneu são comprimidas e compactadas. Isso aumenta a pressão do gás e começa a empurrar contra as paredes do pneu. Você pode sentir como o pneu fica pressurizado e mais apertado. Outro exemplo é uma garrafa de refrigerante. Para obter gás de dióxido de carbono no líquido, toda a garrafa é geralmente pressurizada com gás. Enquanto a garrafa estiver fechada, é muito difícil espremê-la, pois o gás fica confinado a um pequeno espaço e empurra as paredes da garrafa. Quando você remove a tampa, no entanto, o volume disponível aumenta e parte do gás escapa. Ao mesmo tempo, sua pressão diminui.

Uma demonstração importante da lei de Boyle é a nossa própria respiração. Inspirar e expirar significa basicamente aumentar e diminuir o volume da nossa caixa torácica. Isso cria baixa pressão e alta pressão em nossos pulmões, resultando em ar sendo sugado para dentro de nossos pulmões e saindo de nossos pulmões. Nesta atividade, você criará sua própria demonstração da lei de Boyle.

Materiais

Preparação

Procedimento

Observações e Resultados Você viu o ar dentro do balão cheio de ar contrair e expandir? Sem fechar a ponta da seringa com o dedo, você pode facilmente empurrar o êmbolo. O ar pode escapar pela abertura na ponta da seringa. Mas quando você fecha a seringa com o dedo o ar não consegue mais escapar. Se você pressionar o êmbolo, aumenta a pressão do ar e, assim, o ar no balão se contrai ou diminui seu volume. Você deve ter visto o balão cheio de ar murchar e diminuir de tamanho. O oposto acontece quando você fecha a abertura da seringa e puxa o êmbolo para trás. Desta vez você diminui a pressão do ar dentro da seringa – e seu volume aumenta. Como resultado, o balão cheio de ar se expande e aumenta de tamanho: uma demonstração perfeita da lei de Boyle!

Os resultados parecem diferentes com o balão cheio de água. Embora você esteja comprimindo o ar dentro da seringa ao pressionar o êmbolo, a água dentro do balão não fica comprimida. O balão permanece do mesmo tamanho. O balão de água também mantém sua forma ao puxar o êmbolo enquanto fecha a ponta da seringa. Ao contrário dos gases, os líquidos não são compressíveis porque suas partículas já estão muito próximas umas das outras. A lei de Boyle só se aplica a gases.

Se você também encheu a seringa com água, ainda deve ter visto o balão cheio de ar encolher enquanto empurrava o êmbolo para dentro da seringa. O balão cheio de ar também deve ter se expandido ao puxar o êmbolo enquanto a ponta da seringa estava fechada. Você deve ter notado, porém, que não foi capaz de empurrar e puxar o êmbolo para dentro e para fora o máximo que podia com a seringa cheia de ar. Novamente, isso se deve ao fato de que os líquidos não podem ser comprimidos como os gases. Você também deve ter observado isso ao tentar empurrar o êmbolo ou puxá-lo de volta na seringa cheia de água com o balão cheio de água. Provavelmente era impossível mover o êmbolo para dentro e para fora!