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Questão 134 do ENEM 2019

2º dia · Ciências da Natureza · H24 · Física: Hidrodinâmica: vazão e Bernoulli

Um experimento simples, que pode ser realizado com materiais encontrados em casa, é realizado da seguinte forma: adiciona-se um volume de etanol em um copo de vidro e, em seguida, uma folha de papel. Com o passar do tempo, observa-se um comportamento peculiar: o etanol se desloca sobre a superfície do papel, superando a gravidade que o atrai no sentido oposto, como mostra a imagem. Para parte dos estudantes, isso ocorre por causa da absorção do líquido pelo papel.

Esquema do experimento mostrando um copo de vidro com etanol no fundo e uma tira retangular de papel de filtro em pé dentro dele, com o nível do líquido no papel subindo acima da superfície do etanol no copo.

Do ponto de vista científico, o que explica o movimento do líquido é a

  1. A
    evaporação do líquido.
  2. B
    diferença de densidades.
  3. C
    reação química com o papel.
  4. D
    capilaridade nos poros do papel.
  5. E
    resistência ao escoamento do líquido.
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Resolução comentada

O papel de filtro é formado por fibras de celulose entrelaçadas, que deixam entre si canais muito finos, os poros. Esses canais funcionam como tubos capilares.

A capilaridade é a subida de um líquido por tubos muito estreitos, contra a gravidade. Ela resulta da competição entre duas forças:

  1. Adesão: atração entre as moléculas do líquido (etanol) e a superfície das fibras (celulose). Como a celulose tem grupos \ce{-OH}, o etanol faz ligações de hidrogênio com ela.
  2. Coesão: atração entre as próprias moléculas do líquido.

Quando a adesão supera a coesão, o líquido "molha" a parede e sobe pelo canal. Ele para de subir quando o peso da coluna de líquido equilibra a força de adesão. Quanto mais fino o poro, maior a altura atingida.

É isso que a figura mostra: o nível do etanol no papel fica acima do nível no copo, sem nenhuma força externa. Os estudantes falam em "absorção", mas a explicação científica para a subida é a capilaridade nos poros.

As outras opções não explicam a subida. A evaporação retira líquido, não o faz subir. A diferença de densidades não atua, porque há só um líquido e o papel. Não há reação química, pois o etanol não se transforma. A resistência ao escoamento (viscosidade) não é a causa do movimento.

Alternativa D.

Pegadinha: A ideia de que o papel "absorve" o etanol leva a confundir o fenômeno com uma absorção qualquer, mas o que causa a subida é a capilaridade.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AA evaporação remove etanol do papel e do copo, mas não faz o líquido subir contra a gravidade.
  • BA diferença de densidades ocorre entre fluidos ou corpos distintos; aqui há apenas etanol e papel, e o líquido sobe sem flutuar.
  • CO etanol não reage com a celulose; ele apenas interage por forças intermoleculares, sem formar novas substâncias.
  • EA resistência ao escoamento (viscosidade) se opõe ao movimento do fluido, não o provoca.

Assunto: Hidrodinâmica: vazão e Bernoulli.

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