·        Utilizar um sifão para transferir líquidos de um reservatório para outro.

·        Relacionar o princípio de funcionamento do sifão com a diferença de pressão.

·        Analisar a utilização do sifão em algumas atividades práticas.

Pressão dos líquidos, Massa específica e Princípio de Stevin.

          Sugerimos inicialmente que o professor explique para a turma o que é um sifão.  O sifão é um dispositivo simples normalmente utilizado para transferir líquido de um recipiente para outro, sempre do dispositivo situado em certo nível para outro recipiente colocado em um nível inferior. Poderá utilizar a seguinte introdução que se encontra disponível no Portal do Professor:

Experimento 5 - Sifão 

Atividade Ia

           Para facilitar a compreensão dos alunos, o professor deverá fazer uma pequena demonstração utilizando materiais bastante simples e na própria mesa da sala de aulas. Adquira um tubo de plástico flexível ou mangueira, preferencialmente transparente e dois recipientes, também de preferência que sejam transparentes, por exemplo, dois copos de vidro, ou de plástico, Figura 01, esquema A. Coloque um dos copos em uma posição mais alta na mesa usando um bloco de madeira ou uma pilha de livros. Encha o copo mais alto com água. Curve a mangueira mantendo as extremidades para cima e no mesmo nível como na Figura 01. Depois coloque água nela até enchê-la completamente e a seguir tampe as duas extremidades, mantendo-as vedadas, Figura 01, esquema B.

          Coloca-se uma das extremidades da mangueira dentro do recipiente que contem o líquido no plano superior, depois retira a tampa dessa extremidade, mantendo-a no fundo deste recipiente. A seguir, com a outra extremidade dentro do copo vazio, com essa extremidade um pouco abaixo do fundo do copo com água, retira-se sua tampa e deixa o líquido escoar, Figura 02, esquemas D e C.

                                 Nota:

1.      Use uma mangueira fina para facilitar o experimento e use o próprio dedo para tampar as extremidades da mangueira, o que agiliza o experimento.

2.      É muito comum colocar uma extremidade no líquido e aspirar o ar na outra extremidade como fazemos com os canudinhos de tomar sucos, mas isso não é aconselhável devido a princípios higiênicos.

          Se possível e dispuser de material suficiente, divida a turma em grupos de 4 alunos e peçam para repetir o procedimento acima.

Atividade II

          Interrogue a turma: Como se explica o funcionamento do sifão? Qual a causa do escoamento da água enquanto há desnível e não há ar na mangueira?

                        A explicação pode ser feita, fazendo algumas considerações e dirigindo a seqüência de raciocínio por meio de questionamentos orientados, da seguinte maneira:

          Considere as pressões, primeiro no interior da mangueira ao nível da água do recipiente 1, Figura 03,pressão P₁, e pressão na extremidade da mangueira no recipiente vazio, pressão P₂.

          Peça aos alunos que respondam individualmente escrevendo a resposta em seu caderno ou numa folha: Se num determinado instante impedirmos o movimento da água, tampando a extremidade da mangueira no recipiente 2, qual a pressão no interior da mangueira em um ponto correspondente ao nível superior da água no recipiente 1 devido unicamente a água contida na mangueira? Após esperar alguns segundos se não responderem o professor deverá recordar com eles o princípio de Stevin, e então vão encontrar como resposta que essa pressão é dgh, em que d é a massa específica do líquido, g a aceleração da gravidade no local, h a altura da coluna do líquido no lado do recipiente 1, observe h na Figura 03.

          Lembrando aos alunos que pontos de no mesmo nível de um mesmo líquido em equilíbrio possui mesma pressão, faça nova pergunta: qual a pressão exercida na superfície do recipiente? Provavelmente irão responder de modo correto que é a pressão atmosférica. Então peça a eles para determinar a pressão resultante no interior da mangueira neste ponto, ao nível da água do recipiente, pressão P₁.

          Certamente não terão dificuldade em concluir a resposta, mas se necessário o professor deverá mostrar que nesse ponto, a pressão atmosférica, P_atm empurra o líquido para cima e a pressão devido ao líquido acima desse ponto exerce uma pressão forçando-o para baixo. A pressão resultante P₁, nesse ponto, será: P₁ = P_atm – dgh.

          Em seguida, o professor deverá perguntar; Se impedirmos o movimento da água, tampando a extremidade da mangueira no recipiente 1 mantendo a outra extremidade dentro da água no recipiente 2, qual a pressão resultante P₂ no interior da mangueira ao nível da superfície da água do recipiente 2? Seguindo o mesmo raciocínio vão concluir que: P₂ = P_atm – dgH, em que  H é a altura da coluna do líquido no lado do recipiente 2, veja H no esquema da Figura 03.

          Peça então para determinar a diferença de pressão, P₁ – P₂, entre esses dois pontos no interior da mangueira, referente ao nível da água nos respectivos recipientes:

• P₁ – P₂ = P_atm – dgh – (P_atm – dgH);
•   P₁ – P₂ =  dgH – dgh.

          O professor então deverá afirmar aos alunos que é devida a essa diferença de pressão que o líquido escoa do nível mais alto para o mais baixo.

                 Após o procedimento anterior, o professor poderá repetir o experimento procurando antes de escoar todo o líquido alterar a altura dos copos, por exemplo, erguendo um copo mantendo-o mais alto que o outro; depois invertendo a altura deles antes que toda água escoa, para não entrar ar na mangueira; o objetivo é verificar que sempre a água escoará para o mais baixo, como era de esperar naturalmente que ocorresse. Poderá repetir o procedimento quantas vezes achar necessário, veja a seqüência numérica nos esquemas da Figura 04. No inicio, o copo da esquerda está cheio, esquema 1. A água escoa para o copo da direita, esquemas 1, 2 e 3. Antes de toda água escoar, ergue-se o copo da direita e abaixa o da esquerda, esquema 4. Antes que toda água retorna ao copo da direita, ergue-se o copo da esquerda e abaixa o da direita, esquema 5, alternando assim sucessivamente nos esquemas 6, 7 e 8, da figura.

          O professor ainda poderá colocar os dois copos sobre a mesa, no mesmo nível, para mostrar que quando a água atinge o mesmo nível nos dois copos cessa o escoamento, faça a seguinte pergunta para a turma: por que a água para de escoar quando atinge o mesmo nível nos dois recipientes? É de se esperar que todos os alunos respondam de maneira correta, não há diferença de pressão entre os dois níveis, para haver escoamento tem que haver uma diferença de pressão, o líquido se move para pontos de menor pressão. Esta conclusão está em conformidade com o princípio dos vasos comunicantes.

Atividade III

             Para exemplificar aplicação do sifão o professor poderá fazer uma montagem muito simples usando um copo plástico e um pedaço de tubo ou mangueira flexível. Faz-se um orifício à meia altura lateral do copo por onde deve introduzir a mangueira. Depois, introduz-se a mangueira até sua extremidade quase tocar o fundo do copo. Use cola para não permitir vazamentos fora da mangueira e dobre a parte externa da mangueira para baixo de modo que sua extremidade fique mais baixa que o fundo do copo, veja o esquema na Figura 05. Encher o copo com água e verificar que toda água escoa para fora do mesmo através da mangueira. Esse é o princípio básico do funcionamento das descargas dos vasos sanitários.

          Divida os alunos em grupos de 4 componentes, peça para repetirem este procedimento, porém mantendo a extremidade da mangueira do lado externo do copo, um pouco acima do fundo do mesmo, contudoem um nível abaixo do furo por onde passa a mangueira. Ao fornecer material para o grupo, substitua a cola por parafina para vedarem o contato da mangueira com o orifício no copo, para evitar riscos e agilizar o processo. Peça que respondam: O que se observa? Escoou toda água? Por quê?

         Vão observar que a água escoa até que o nível da água no copo fique no mesmo nível da extremidade da mangueira, a parir daí não escoa mais. Porque a pressão externa na mangueira torna igual à pressão sobre a água no copo.    

          Abaixo, apresentamos três situações de aplicação prática do sifão ilustrada nas figuras 06, 07 e 08. Seria muito bom se o professor conseguisse esses dispositivos, ou a parte deles incluindo o sifão, mesmo se já danificados, para mostrar aos alunos onde está instalado o sifão no dispositivo e qual sua utilidade em cada caso, inclusive em outras situações não apresentadas aqui. Contudo, se o professor não puder levar esses aparelhos ou parte deles até os alunos, ele poderá projetar as figuras e explicar a finalidade do sifão em cada caso.

          O sifão também é muito usado em construções civis quando se deseja retirar água de uma caixa ou tambor e esta não é munida de torneiras. Retirar combustível do tanque de um automóvel, etc. Existe um dispositivo para retirar combustível do tanque de um carro em que o uso de uma bombinha exerce a sucção do ar na mangueira e o combustível é pressionado para dentro dela pela pressão atmosférica, iniciando o funcionamento do sifão para retirar o líquido. Abaixo apresentamos o esquema de um vaso sanitário, Figura 06.

http://static.hsw.com.br/gif/toilet-bowl.gif

          Outro exemplo da aplicação do sifão acontece quando desejamos tirar combustível do tanque de um veículo para abastecer outro, utiliza-se uma mangueira mergulhando uma extremidade no tanque cheio. Aspirando o ar na outra extremidade numa posição inferior ao tanque, o que pode ser feito com auxilio de uma bomba como na Figura 07, o combustível escoa para fora. Após aspirar o ar através da bomba, o combustível sobe pela mangueira devido à pressão atmosférica na superfície do combustível, com a mangueira cheia e sua extremidade externa em um nível abaixo do nível do tanque, o sifão está em perfeito funcionamento.

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          Pluviômetro é um aparelho que mede precipitação determinando a altura da lâmina de água correspondente da chuva. Nele a água da chuva é coletada através de um funil para dentro de um reservatório cilíndrico. Em alguns pluviômetros a água que cai no cilindro é coletada em outro cilindro menor que enche quando a medida da precipitação da chuva atinge certo valor, 5 cm, por exemplo. Esse cilindro menor está conectado a um sifão que descarregada a água para um vaso abaixo dele, toda vez que o volume de água neste cilindro atinge certo valor previamente ajustado; este ajuste é feito através do tubo (7) no esquema, ao elevá-lo aumenta o volume de descarga do cilindro e ao abaixá-lo, diminui. A Figura 08 ilustra o esquema do pluviômetro munido de sifão.

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          Faça um desafio aos alunos: Usando uma garrafa pet, descreva um procedimento de modo que a garrafa se esvazie completamente quando nela for colocada água acima da metade de sua capacidade, ou seja, a água dela deverá escoar totalmente quando nela tiver água até certo nível acima da metade de sua altura.

          O procedimento é semelhante ao da Figura 05, fazendo um furo no meio da garrafa onde deverá introduzir o tubo de plástico.

          Sugerimos que o professor acesse o endereço abaixo onde se encontra a sugestão de aula publicada no Portal do Professor sobre este assunto, com o título e endereço abaixo:

Como funciona um sifão

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=7657

          Peça aos alunos para responder em equipes, em horário extra classe, o seguinte problema, para ser discutido posteriormente em aula:

          Em uma residência tem um aquário 60 cm de altura, sendo que possui um dreno, torneira, ao nível do fundo. Para garantir o arejamento da água, uma torneira despeja água constantemente no aquário. Deseja-se que a água desse aquário não ultrapasse 50 cm de altura, mas também não quer que seu nível baixe de 30 cm. Como resolver esse problema usando uma mangueira que se adapta ao dreno do aquário?

          O procedimento corresponde ao esquema que está ilustrado na Figura 09.