O mergulhador cartesiano é um experimento clássico. Existem inúmeras versões dele, como falamos em nosso artigo sobre o submarino feito com a impressão 3D. Neste artigo vamos apresentar uma nova versão feita com o corte a laser.
Faça o seu
Para montar o mergulhador cortamos três peças, duas que ficarão nas faces externas e uma que fica por dentro,s servindo de separadora para as outras. Nós utilizamos chapas de acrílico de duas espessuras diferentes: para as faces externas, usamos uma chama mais fina, de xx mm de espessura; já para a parte interiro usamos uma placa de yy mm.
Fizemos o desenho do submarino em um programa de ilustração vetorial. Decidimos fazer um desenho que se assemelhe a um conta-gotas, já que conta-gotas são muitas vezes usados neste tipo de experimento. Começamos com 2 círculos e um retângulo, para chegar numa forma de pílula, que será a parte interna do mergulhador. Depois fizemos uma outra forma mais fina que serve para a entrada e saída de água. Usamos uma outra forma arredondada para ficar ao redor desta parte interna. Usamos esta forma para fazer as paredes externas do mergulhador, que serão feitas na placa mais fina.
Após o corte das placas de acrílico, usamos um solvente para “soldar” as peças. O solvente amolece a superfície da placa de acrílico e elas se juntam sem vazamentos. Não use colas como a supercola, pois elas deixam o acrílico esbranquiçado.
Você pode fazer o download gratuito do arquivo para o corte a laser em diversos formatos no Thingiverse.
Use na sua aula
Para fazer o experimento, você vai precisar, além do mergulhador, de água e de uma garrafa plástica transparente e incolor (em geral, usamos uma garrafa de PET lisa, para facilitar a visualização).
Encha a garrafa de água completamente, até ela transbordar. Coloque o mergulhador e tampe bem. Aperte a garrafa e observe o que acontece com o mergulhador. Aperte e solte a garrafa com cuidado, observando o nível da água no interior do mergulhador.
Você pode tornar a investigação mais lúdica pedindo para os alunos decorarem seus mergulhadores com canetas de ponta porosa com tinta permanente (canetas para retroprojetor, por exemplo). Essas canetas tem uma tinta que não se dissolve em água, mas pode ser retirada facilmente com álcool etílico.
Como funciona
A flutuação de um objeto em água depende da sua densidade. Quando a densidade do objeto é maior que a do líquido em que ele está, o objeto afunda, caso contrário ele flutua. No caso do mergulhador, ele é feito de acrílico, que é um material mais denso que a água. O mergulhador flutua na água porque o seu interior está cheio de ar, o que faz com que a sua densidade global seja menor que a da água.
Quando apertamos a garrafa, podemos perceber que forçamos água no interior do mergulhador. Com maior pressão, o ar no interior do mergulhador é comprimido, ocupando um menor volume. Assim, o mergulhador enche de água, sua densidade aumenta, e ele afunda.
Quando soltamos a garrafa, o ar no interior do mergulhador expande, forçando a água para fora. Com o ar ocupando o seu volume original, o mergulhador volta a ser menos denso que a água e flutua.
Finalmentes
Uma das vantagens do mergulhador feito de acrílico é que ele não precisa de contrapesos metálicos. Uma versão deste experimento usa pipetas de plástico que são cortadas e se coloca uma porca na parte inferior para aumentar a massa. Essa porca acaba se oxidando ao ficar mergulhada em água por muito tempo, sujando a garrafa e o próprio conta-gotas.
O mergulhador de acrílico também apresenta uma visualização muito mais fácil do seu interior, permitindo que se perceba a entrada e saída da água muito mais facilmente.
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