Montando um experimento de pressão com garrafas PET
Achei esse material na prateleira da escola quando preparei a aula de hidrostática. em uma atividade experimental o professor pegou duas garrafas pet vazias de dois litros e começou a furar a base de cada uma com um prego aquecido. O furo tinha que ser pequeno, do tamanho de um alfinete, senão a água jorra demais e não dá pra observar o fenômeno direito.
O que acontece quando você fura uma garrafa pet
A primeira coisa que notei foi que a água sai em um arco bem definido quando a tampa está aberta. Isso acontece porque a pressão atmosférica empurra o líquido para fora pelo furo. Quando você tapa a tampa, o fluxo para quase imediatamente. A física por trás é simples: sem entrada de ar por cima, cria-se um vácuo relativo que contrabalanceia a pressão hidrostática da coluna d'água. Na prática, o experimento funciona assim. Você preenche as garrafas até a borda, fura a base e observa. A diferença entre tampa aberta e fechada é dramática. Com a tampa aberta, a água escorre em linha contínua. Com a tampa fechada, só gotas saem de vez em quando. Isso mostra como a pressão atmosférica age sobre o sistema.
Problema real que ninguém conta nos manuais
O furo feito com prego aquecido tende a fechar sozinho depois de alguns segundos. O plástico PET encolhe ao esfriar e fecha o orifício. Minha solução foi usar um alfinete de.costura em vez de prego. O alfinete deixa um furo mais consistente e não esquenta tanto o plástico ao redor. Além disso, fiz o furo na parte mais alta da base, perto das nervuras laterais, porque ali o plástico é mais rígido e não deforma tanto. Outro detalhe prático: a garrafa precisa estar em pé, sobre uma superfície plana. Se inclinar, a água escorre diferente e o arco muda de direção. Eu coloquei um prato embaixo para catching o líquido e facilitar a medição do tempo de escoamento.
Medições que valem a pena fazer
Além da observação qualitativa, dá pra quantificar. Meço o tempo que leva para a garrafa esvaziar completamente com tampa aberta versus fechada. Com tampa aberta, leva cerca de 45 segundos numa garrafa de dois litros. Com tampa fechada, pode levar mais de cinco minutos, se é que esvazia de verdade. Também posso medir a distância que o jato de água alcança horizontalmente. Com tampa aberta, o arco chega a cerca de 30 centímetros do furo. Com tampa fechada, a água só pinga e não projeta nada. Essa diferença visual é bompra alunos que têm dificuldade em entender o conceito de pressão atmosférica.
Erros comuns que arruínam o experimento
O erro mais frequente é fazer o furo muito grande. Um orifício de três milímetros já destrói o efeito. A água cai direto sem formar o arco característico e não há contraste visual entre tampa aberta e fechada. O furo ideal tem menos de um milímetro de diâmetro. Outro erro é furar na parte errada da garrafa. Se o furo ficar muito abaixo do nível da água quando a garrafa está semi-cheia, o efeito de vedação por sucção não funciona direito. O ideal é furar a exatamente dois centímetros da base, onde a pressão hidrostática é máxima mas ainda há espaço para o plástico flexionar.
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Também já vi gente usar garrafas reutilizadas que tinham sido amassadas ou deformadas. O plástico já trabalha tensionado nessas regiões e o comportamento do fluxo fica imprevisível. Use garrafas novas ou pelo menos íntegras.
Versão avançada do experimento
Se quiser complicar um pouco, use as duas garrafas simultaneamente. Coloque uma com tampa aberta e outra com tampa fechada lado a lado. O contraste visual é imediato e os alunos conseguem ver a diferença sem precisar de instrumentos. Também dá pra medir a vazão com um béquer e cronômetro, mas isso exige mais tempo e paciência do que o professor geralmente tem numa aula de cinquenta minutos. Uma variação interessante é furar dois orifícios na mesma garrafa, um acima do outro. O furo de cima projeta água mais longe porque está sob maior pressão hidrostática. O de baixo projeta menos porque a coluna d'água acima dele é menor. Isso ilustra bem a relação entre profundidade e pressão.
O que não funciona
Experimentei usar água sabonosa para tornar o jato mais visível. O sabão cria espuma que entope o furominúsculo e o fluxo para completamente. Não vale o esforço. Tampar o furo com o dedo também não funciona bem. O dedo é grande demais e cobre área demais. O vácuo não se forma corretamente e a água continua escorrendo irregularmente. O segredo está mesmo na tampa da garrafa, que permite controlar a entrada de ar de forma limpa.
Garrafas de meio litro também dão problema. O volume é pequeno demais e o experimento acaba antes que os alunos consigam processar o que estão vendo. O ideal é mesmo as garrafas de dois litros, que permitem observação prolongada.
Dica de sobrevivência em sala de aula
Tenha pelo menos quatro garrafas preparadas antes da aula. Uma sempre vaza ou o furo entope no meio da demonstração. Se você depender de uma única garrafa, corre o risco de perder dez minutos tentando consertar algo que poderia estar pronto desde o início. Pré-preparo é o que separa uma aula fluida de um desastre improvisado. Coloque jornais ou toalhas de papel embaixo das garrafas. Mesmo com o prato coletor, sempre escorre um pouco. Limpeza rápida no final economiza tempo e evita que os alunos fiquem olhando o chão molhado em vez da demonstração.
E se você realmente quiser impressionar, leve um manômetro barato. Mostra numericamente a diferença de pressão entre o interior e o exterior da garrafa. Mas isso é luxo. O experimento funciona perfeitamente só com as garrafas e água corrente.
