Tradução: “S04E01: The Robotic Manipulation (A Manipulação Robótica)”

The Big Bang Theory não nos dá apenas humor escatológico, a série nos apresenta, também, uma controvérsia da Física contemporânea. Esta noite, Raj indaga a respeito de como o Aquaman usa a privada. Como ele dá a descarga embaixo d’água?

A água adere-se a ela mesma, como o astronauta Leland Melvin pode ver. Massas de água flutuam pela estação espacial, sem que se difundam em uma névoa, permanecendo coesas. É essa coesão que atua na descarga da privada?

O tipo de privada mais comum na América do Norte é um espetáculo da Física, a privada de sifão. Usando um design aprimorado ao longo de dois mil anos, é assim que a privada funciona: a água repousa no vaso da privada logo abaixo do nível do topo de uma curva em “S”, que encontra-se dentro do cano que fica atrás do vaso. Essa água faz um belo trabalho de selar a privada contra os gases tóxicos do esgoto, além de manter o vaso limpo.

Quando você puxa a alavanca do tanque, a água é rapidamente levada ao vaso, empurrando uma coluna de água por todo o comprimento da curva em “S”. A explicação moderna é a de que a gravidade e as propriedades coesivas da água fazem todo o resto. Assim que a coluna contínua de água passa pela curva em “S”, a água que está na extremidade mais distante cai para o esgoto. Ela se gruda à massa de água atrás dela e a puxa junto consigo, fazendo aquele familiar barulho de whoosh. Esse fluxo continua até que ocorra uma interrupção da coluna contígua de água. Essa interrupção acontece quando o tanque se esvazia e o nível de água no vaso é baixo o bastante para permitir a entrada de ar e a separação entre as duas massas de água. É por isso que o whoosh é seguido pelo “gargarejo”. É o barulho do ar dividindo ao meio a coluna de água dentro do cano em “S”. O processo se encerra com a água dentro do vaso, logo abaixo do nível do topo de uma curva em “S”, pronta para outra.

A gravidade puxa a água (e aquilo que nela se encontra) para o esgoto.

“Mas, espere!”, alguns podem contestar. Nada nessa explicação usou o efeito da pressão atmosférica para explicar o sifão. Muitos de nós aprenderam que é a pressão atmosférica que empura a água sobre o obstáculo, e não a coesão que a puxa. Se o argumento da coesão estivesse certo, então por quê a altura máxima do obstáculo que o sifão pode ultrapassar é igual a 10 metros de água, a típica pressão atmosférica? Até mesmo os antigos gregos sabiam que não podiam sifonar a água de uma mina com uma distância vertical maior que 10 metros. É possível calcular a altura máxima de um sifão usando a equação de Bernoulli e a pressão atmosférica. Isso certamente faz com que a pressão atmosférica pareça ser um elemento-chave na operação de um sifão.

Suspeito que os adeptos da coesão digam que o seguinte ocorreu: à medida que o nível da água sobe, sua pressão diminui até que ela entre em ponto de ebulição à temperatura ambiente. A presença do vapor d’água quebra a coesão da coluna de água. O argumento de que são as propriedades coesivas da água, e não a pressão atmosférica, parece jazer sobre uma discussão acerca dos sifões no vácuo. Alegou-se que um sifão funcionaria até no vácuo, o que certamente removeria a pressão atmosférica da explicação. Então, ao contrário do Aquaman, o Homem-Vácuo não teria problema algum ao usar a sua privada. (Toma essa, DC Comics!) Mas sou cético em relação a essa alegação, em particular. Uma vez que a água não possui estado líquido no vácuo, nem vejo como um sifão poderia existir nele. Os experimentos aos quais os proponentes da coesão se referem colocam apenas a água dentro do tubo no vácuo, mas não os recipientes. Desse modo, essa não é a prova que alegam.

Um físico em Sydney nos mostra um experimento bem convincente de que é a pressão atmosférica que empurra a água sobre o obstáculo. Ainda não terminei de cogitar se o experimento poderia ser explicado com o argumento da coesão.

Por enquanto, acho que nenhuma das alegações está comprovada; se é a pressão atmosférica que empurra a água à altura do obstáculo ou se é a coesão da água que já se encontra após o obstáculo que puxa todo o resto. Para que seja uma questão significante, deve ser possível respondê-la experimentalmente, ao menos em princípio. Talvez, com o estudo das condições nas quais fluidos de diferentes coesões (“força tênsil”, para os experts) e pontos de ebulição quebram o sifão, a resposta seja revelada. Se nenhum experimento for capaz de distinguir os dois casos, mesmo em princípio, tudo isso pode acabar sendo apenas uma questão de semântica. Suspeito que essa última hipótese seja a verdadeira. Em uma escala molecular, a força de coesão (criada por um desequilíbrio das forças elétricas nas moléculas de água) e a força da pressão (criada por um desequilíbrio das forças elétricas nas moléculas de água) parecem-me ser as mesmas.

A despeito da sua adesão ao argumento da coesão ou da pressão atmosférica para explicar o porquê de a água ultrapassar o obstáculo, é inquestionável que a gravidade é a responsável por movimentar o sifão. Este ano, observou-se que mesmo o verbete “sifão” (siphon) havia sido descrito erroneamente pelo Oxford English Dictionary (OED). O erro foi evidenciado por um físico australiano, Dr. Stephen Hughes, que observou:

“Uma verificação extensa de dicionários online e offline revelou que nenhum dicionário se referia corretamente à gravidade como a força operacional em um sifão.”

A revista New Scientist passou um pente fino na história dos verbetes da Wikipédia, e descobriu que isso é algo que a Wikipédia nunca errou.  (Toma essa, OED!)

Mas o Aquaman não é da América do Norte, onde as privadas de sifão são ubíquas. Ele é do afundado continente de Atlântida, que deve ter desenvolvido sua própria tecnologia sanitária. Se dessem a descarga em uma privada de sifão aquática, para onde a água iria? Não daria muito certo se a água voltasse diretamente ao mesmíssimo oceano. Se fosse mandada para outro lugar, então a descarga da privada continuaria a funcionar eternamente. Contudo, isso eventualmente esvaziaria o oceano. Outra possibilidade seria a de fazer com que a privada operasse com um fluido mais denso, como o glicol ou o ácido sulfúrico (mas sem espirrar). Contudo, só funcionaria se o Aquaman, de alguma maneira, fizesse suas necessidades na forma de fluidos ou outros materiais mais densos que a água, para que não saíssem boiando por aí antes que ele pudesse dar a descarga. É uma pena, mas algumas questões importantes estão além do escopo da própria Física.


Tradução feita por Hitomi a partir de texto extraído de The Big Blog Theory, de autoria de David Saltzberg, originalmente publicado em 23 de Setembro de 2010.

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