Física do ensino fundamental · Grades 1–9
14Sólidos, líquidos, gases
Uma pedra, um copo de leite, o ar de um balão: três tipos de material que se comportam de três jeitos completamente diferentes. No ano passado a água nos mostrou os seus três estados; neste ano descobrimos que tudo está em um desses três estados — e cada estado tem regras rigorosas.
14.1 Três famílias de materiais
Todo o material do mundo pode ser separado em três famílias, chamadas de três estados: sólido como a pedra, líquido como o leite, gasoso como o ar. O gelo, a água e o vapor foram o nosso primeiro exemplo: um material visitando as três famílias. Agora vamos aprender as regras de cada família.
14.2 Os sólidos guardam o formato
Definição 14.1 (Sólido)
Um sólido é um material que guarda o próprio formato. Uma chave guarda o ziguezague dela no seu bolso, numa gaveta ou debaixo d’água. Você consegue segurar um sólido entre dois dedos, e movê-lo não muda a aparência dele. Alguns sólidos são duros (pedra), alguns são macios (pão), alguns são flexíveis (um elástico) — mas, deixado em paz, cada um guarda o seu formato.
Exemplo 14.2 (Um sólido feito de grãos)
A areia parece quebrar a regra: despejada de um balde, ela assume o formato do montinho, quase como um líquido. Mas olhe de perto: a areia é uma multidão de grãozinhos sólidos, e cada grão guarda perfeitamente o seu formato. A farinha, o açúcar e o arroz fazem o mesmo truque — multidões de sólidos pequenininhos que escorrem juntos enquanto cada membro continua sólido.
14.3 Os líquidos escorrem — mas guardam a quantidade
Definição 14.3 (Líquido)
Um líquido é um material que escorre: ele não tem formato próprio e assume o formato do recipiente que o segura. Mas um líquido guarda a quantidade: despeje um copo cheio de leite numa tigela e continua sendo a mesma quantidade de leite — nem uma gota a mais nem a menos, só um formato novo.
Proposição 14.4 (Um líquido em repouso fica na horizontal)
A superfície de um líquido em repouso é sempre plana e horizontal — paralela ao chão. Incline a garrafa: a água lá dentro não se inclina junto; a superfície dela continua horizontal enquanto a garrafa pende.
Exemplo 14.5 (O nível em ação)
Os pedreiros usam essa lei todos os dias: o nível de bolha deles é uma janelinha de líquido com uma bolha; quando a bolha fica entre as marcas, a prateleira está tão horizontal quanto o líquido lá dentro. E, no café da manhã, observe o suco numa caixinha inclinada: por mais que você a incline, a superfície lá dentro continua plana e horizontal — até encontrar o bico.
14.4 Os gases enchem tudo
Definição 14.6 (Gás)
Um gás é um material que se espalha até ocupar todo o espaço que recebe. O ar é um gás: coloque-o numa garrafa e ele enche a garrafa até o último cantinho; abra a garrafa num cômodo maior e ele se espalha por esse cômodo também. Um gás não tem formato próprio nem lugar próprio de descanso — ofereça mais espaço a ele e ele toma tudo.
Exemplo 14.7 (O perfume viajante)
Alguém abre um vidro de perfume numa ponta da sala. Um instante depois, os narizes da outra ponta percebem. O gás do perfume não ficou educadamente perto do vidro: solto, ele se espalhou por todo o ar da sala, de canto a canto — exatamente o que a família dos gases sempre faz.
Observação 14.8 (Separando os casos difíceis)
Alguns materiais exigem um olhar atento. O mel escorre — devagar, mas escorre, assume o formato do recipiente e guarda a quantidade: é um líquido, só que preguiçoso. A pasta de dente e o ketchup escorrem quando espremidos: líquidos grossos. Uma esponja é um sólido cheio de buraquinhos com ar. E a fumaça? Partículas sólidas minúsculas viajando num gás quente. Na dúvida, faça as perguntas da família: ele guarda o formato? ele escorre? ele enche todo o espaço que recebe?
14.5 Exercícios
Exercício 14.1 ★
Separe nas três famílias: uma moeda; suco de laranja; o ar de um pneu; uma continha de madeira; óleo; o vapor no espaço transparente acima de uma panela fervendo.
Exercício 14.2 ★
O que um sólido guarda e um líquido não guarda? O que um líquido guarda quando é despejado do copo para a tigela?
Exercício 14.3 ★
Uma garrafa cheia de limonada é despejada numa saladeira larga. Agora há mais limonada, menos ou a mesma quantidade? O que mudou?
Solução
Solução de Exercício 14.3.
A mesma quantidade — só o formato mudou, de formato de garrafa para formato de saladeira larga.
Exercício 14.4 ★
Desenhe um aquário até a metade de água: primeiro apoiado direito, depois inclinado sobre uma das bordas. Desenhe a superfície da água nos dois — como ela fica?
Solução
Solução de Exercício 14.4.
Nos dois desenhos a superfície da água fica plana e horizontal, paralela ao chão — no aquário inclinado a superfície não se inclina junto com o vidro; a água se junta do lado mais baixo.
Exercício 14.5 ★
Como o nível de bolha de um pedreiro mostra que a prateleira está na horizontal? Qual lei deste capítulo ele está usando?
Exercício 14.6 ★
Por que o cheiro de panqueca chega até o seu quarto lá em cima? Qual família está trabalhando, e qual é a regra dela?
Exercício 14.7 ★
A areia escorre como um líquido e, mesmo assim, dizemos que ela é sólida. Explique, usando o Exemplo 14.2.
Exercício 14.8 ★
O mel leva um minuto inteiro para escorrer da colher. Sólido ou líquido? Faça as perguntas da família da Observação 14.8 e responda.
Exercício 14.9 ★
Qual família: guarda o formato próprio? assume o formato do recipiente mas guarda a quantidade? toma todo o espaço que consegue? Dê um membro de cada família encontrado na sua cozinha.
Exercício 14.10 ★★
Um cubo de gelo (sólido) derrete e vira água (líquido), que o sol de verão seca até virar água voadora invisível (gás). Qual regra da família se quebra em cada passo: o que o material deixa de guardar quando o gelo derrete? e quando a água evapora?
Exercício 14.11 ★★
Um balão é enchido e amarrado. Mira diz que o ar lá dentro está “com formato de balão, então um gás tem formato sim”. Explique o que está dando o formato de verdade e o que o ar faria no instante em que o balão estourasse.