O que e ar comprimido e ar rarefeito dentro de uma seringa

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• Experiências históricas
• Pressão e altitude
• Propriedades Físicas do Ar
• Resistência
• Propriedades do ar e suas características
• Compressibilidade
• Elasticidade
• Expansibilidade
• Pressão do ar
• Exercícios Resolvidos

Não se pode pegar ou ver o ar, mas sabemos que ele existe. Através de suas propriedades, é possível comprovar a sua existência.

O ar é matéria e ocupa todo o espaço do ambiente em que não exista outra matéria. Por exemplo, em uma garrafa com água pela metade, o ar ocupa a outra metade (superior) desta garrafa.

O ar tem massa. Na Terra, tudo o que tem massa também tem peso, ou seja, é atraído pela gravidade terrestre, que é a força que puxa todas as coisas para o seu centro.

O ar é compressível. Apresenta então compressibilidade. É a propriedade que o ar tem de diminuir de volume quando comprimido. Podemos demonstrar esta propriedade fazendo a experiência da seringa. Quando tapamos o seu orifício fica difícil de empurra o êmbolo até o fim. Mas podemos ver que o ar dentro da seringa diminui de volume, comprovando a sua compressibilidade.

O ar tem elasticidade. Quando tapamos o orifício da seringa e depois soltamos o êmbolo, observamos que este êmbolo tende a voltar à posição inicial. Então, o ar volta ao seu volume inicial e assim está comprovada a elasticidade do ar. Ou seja, elasticidade é a propriedade que o ar tem de voltar ao seu volume inicial, quando para a compressão.

O ar se expande. Possui a propriedade da expansibilidade. Quando uma substância volátil (que se transforma em gás) entra em contato com o ar, sentimos seu cheiro. Isto ocorre porque essa substância se expande e mistura com o ar atmosférico ocupando um volume maior.

A expansibilidade do ar é a propriedade que o ar tem de aumentar de volume, ocupando todo o lugar disponível.

O ar exerce pressão. A massa de ar atmosférico exerce pressão sobre a superfície da Terra, que é a pressão atmosférica. Em geral, não sentimos os efeitos da pressão atmosférica porque o ar atmosférico penetra no nosso organismo. Dos pulmões ele passa para o sangue e outros líquidos do corpo, exercendo de dentro para fora uma pressão igual à pressão atmosférica.

Experiências históricas

No século XVII, foram feitas duas experiências históricas sobre os efeitos da pressão atmosférica: hemisfério de Magdeburgo e a experiência de Torricelli.

O prefeito da cidade alemã de Magdeburgo, Otto von Guericke, realizou uma experiência pública para comprovar que existe a pressão atmosférica. Mandou construir dois hemisférios de cobre, com meio metro de diâmetro cada um. Uniu os dois hemisférios de cobre, formando uma esfera oca e, com uma bomba tirou quase todo o ar do seu interior.

Antes de tirar o ar, os hemisférios eram facilmente separados porque a pressão era a mesma, dentro e fora. Mas quando o ar foi reduzido, a pressão no seu interior ficou menor que a pressão atmosférica que atuava externamente. Essa diferença de pressão uniu de tal maneira os dois hemisférios que foram necessários 16 cavalos (oito de cada lado) para separá-los.

Ainda neste século, o físico italiano Torricelli construiu um barômetro, que é um dispositivo capaz de medir a pressão atmosférica. Pegou um tubo de aproximadamente 1m de comprimento, fechado numa das extremidades. Encheu-o de mercúrio (Hg, metal líquido e denso). Tapou com o dedo a outra ponta e inverteu o tubo, mergulhou-o num recipiente que também continha mercúrio.

Retirando o dedo, ele notou que o metal não desceu completamente do tubo porque a pressão atmosférica exercida sobre a superfície do mercúrio contido no recipiente não permitiu que todo o mercúrio saísse do tubo. A experiência foi realizada no nível do mar, então ficou convencionado:

1atm = 76cm Hg = 760mmg Hg

Pressão e altitude

Uma pessoa que está no nível do mar (na praia, por exemplo) está com uma quantidade maior de ar sobre ela do que uma pessoa que está a 800m acima do nível do mar.

Então, quanto maior a altitude, menor é a pressão atmosférica exercida sobre ela. E quanto menor a altitude, maior é a pressão atmosférica. O mesmo aparelho, que serve para medir a pressão atmosférica é usado para medir a altitude. O barômetro, então é usado também como altímetro.

Ventos

Vento é o ar em movimento. Uma camada de ar aquecida pelo Sol se expande, ficando menos densa e sobe. Uma camada de ar frio vai ocupar o seu lugar. Esse ar frio também é aquecido e sobe.

Assim, formam-se as correntes de ar, que constituem os ventos. Nas regiões mais quentes (ar menos denso), a pressão atmosférica é menor do que nas regiões mais frias (ar mais denso). Por isso, o vento sempre vai das regiões de alta pressão para as de baixa pressão.

A velocidade dos ventos varia de acordo com diferença de pressão entre duas regiões e da distância entre elas. Conforme a velocidade, o vento recebe nome diferente: brisa, ventos alísios, ciclones e furacões.

A brisa é um vento fraco e agradável. Pode ser marítima ou terrestre. A brisa marítima ocorre de dia e se desloca do mar para a terra. A brisa terrestre ocorre de noite e se desloca da terra para o mar.

O vento alísio é brando e persistente. Atua nas camadas mais baixas da atmosfera, sobre extensas regiões, a partir de regiões de alta pressão junto aos pólos, dirigindo-se para regiões equatoriais. Ele favorece a navegação marítima. Podem ser de nordeste (hemisfério norte) e de sudeste (hemisfério sul).

Os ciclones ou tufões têm velocidade acima de 100Km/hora. Furacão também é um ciclone, porque atinge velocidade superior a 300km/hora. Apresentam um movimento de rotação, que formam correntes de ar em espiral (redemoinhos).

Os ventos podem ser utilizados para a navegação (barco a vela) e em moinhos (como fonte de energia elétrica).

  

O ar atmosférico que envolve a Terra é uma mistura de gases, vapor de água e partículas suspensas (poeira, fuligem, produtos químicos, entre outros). Os elementos que compõem o ar são essencialmente o nitrogênio (78%) e o oxigênio (21%) e em pequena quantidade argônio (0.94%), gás carbônico (0,03%), neônio (0,0015%), entre outros.

Propriedades Físicas do Ar

O ar tem algumas características que nos ajuda a perceber sua existência, já que não o vemos ou sequer podemos tocá-lo. São suas propriedades físicas:

Como todas as coisas que conhecemos, o ar é composto de matéria, afinal é formado por diversos gases, que por sua vez são formados por átomos. Então, o ar tem massa e ocupa espaço. Exemplo: Ao soprarmos um balão de aniversário ele fica cheio de ar e ocupa mais espaço.

Pressão

O ar atmosférico exerce pressão sobre a superfície terrestre, é a chamada pressão atmosférica. Quanto mais próximo da superfície maior é a pressão (o ar tem mais massa e pesa mais) e à medida que aumenta a altitude diminui a pressão, pois tem menos ar acima e ele fica mais leve.

Densidade

O ar tem peso graças à gravidade, a força que atrai todas as coisas para o centro da Terra, por isso a concentração dos gases é maior próximo ao nível do mar, consequentemente mais denso. Então o ar que respiramos é mais denso do que o ar das montanhas, porque em altitudes maiores a densidade do ar diminui e ele se torna rarefeito.

Resistência

O ar se contrapõe ao movimento porque ele tem resistência. Quanto mais rápido for o deslocamento (maior a velocidade) maior será a resistência. Exemplo: quanto mais depressa andamos de bicicleta, maior será a resistência do ar. Por esse motivo que carros, aviões, barcos e outros tipos de veículos são projetados para diminuir a resistência do ar, pois dessa maneira ele gastará menos energia (combustível) e sofrerá menor desgaste.

O ar pode sofrer compressão ou expansão e depois retornar ao estado em que estava.

• Quando é comprimido ele diminui o seu volume (Compressibilidade). Exemplo: apertar o êmbolo da seringa até o fim, tapando o orifício. O ponto até onde vai o êmbolo mostra o quanto o ar foi comprimido.
• Se parar de acontecer compressão, o ar volta a ocupar o espaço que ocupava antes (Elasticidade). Exemplo: quando apertamos o êmbolo da seringa, tapando o orifício e depois soltamos, o êmbolo retorna à posição anterior.
• Quando o ar se expande aumenta o seu volume (Expansibilidade). Exemplo: um vidro com perfume é aberto e o cheiro se espalha pelo ambiente, pois o aroma volátil misturado com o ar ocupa um espaço maior.

Para você estudar mais:

Composição do ar

Exercícios sobre propriedades da matéria

A camada gasosa que envolve a terra é chamada de atmosfera. Sem ela não existiria vida no planeta, pois suas funções servem para manter a temperatura terrestre em níveis que permitem o desenvolvimento de vida, o fornecimento de gás oxigênio para a respiração dos seres vivos, o armazenamento dos efeitos dos raios solares e a possibilidade de voo de certos animais.

Chamamos de ar justamente o que é a atmosfera. O ar é todo esse fluxo gasoso composto principalmente de nitrogênio (78 %) e oxigênio (21 %). Confira, a seguir, quais as propriedades físicas do ar e suas características, só aqui no Gestão Educacional!

Propriedades do ar e suas características

Sabemos que qualquer substância sólida, líquida ou gasosa é matéria. Portanto, o ar, por ser gasoso, também é matéria. Usaremos, aqui, várias propriedades da matéria para descrever as propriedades do ar.

Entre as propriedades gerais da matéria temos a massa, ou seja, o ar possui massa. Uma bola de futebol cheia de ar tem mais massa do que uma bola de futebol vazia, por exemplo.

Outra propriedade é o volume, portanto, o ar ocupa espaço. Ele ocupa o espaço de um ambiente onde não existe outra matéria, por exemplo, uma garrafa com água até a sua metade tem a outra metade completada com ar.

Na terra, tudo o que tem massa tem peso, ou seja, é atraído pela força que puxa todas as coisas para o seu centro, a gravidade terrestre. O peso do ar faz com que exista, então, a pressão atmosférica, que é a força exercida pelo ar sobre as superfícies.

Compressibilidade

Quando a matéria sofre a ação de uma força, ela acaba se comprimindo, ou seja, ela tem o seu volume diminuído.

O ar pode, então, diminuir o seu volume dentro de um recipiente. Um exemplo disso é quando pegamos uma seringa e a tapamos com o dedo o seu orifício. Mas, só conseguimos empurrar o embolo até certo ponto, pois isso ocorre graças à compressibilidade do ar.

O ar é composto por moléculas. Quando fazemos o experimento descrito acima, essas moléculas ficarão mais próximas, devido à diminuição do volume do ar dentro da seringa,, como mostra a imagem abaixo.

A compressibilidade do ar é utilizada também em postos de gasolina para calibrar pneus por compressores de ar. Também é utilizada em bolas de futebol, vaporizadores de perfumes, maquinas de perfuração de solos, etc.

Elasticidade

Como dissemos acima, o ar se comprime ao sofrer a ação de uma força. Porém, quando essa força parar, o ar irá volta ao seu estado inicial. Chamamos isso de elasticidade.

Ainda pensando no exemplo da seringa, quando paramos de pressionar o embolo, vemos que ele vai retornar à posição que estava antes de ser pressionado.

Expansibilidade

Quando tampados uma garrafa sem nenhum líquido ou sólido dentro dela, existe apenas o ar preenchendo o interior do objeto. Esse ar então se expande, ou seja, ele ocupa todo o espaço do interior da garrafa, sendo essa expansão em todas as direções.

Caso essa garrafa acabe quebrando ou seja destampada, o ar que estava no interior desse objeto irá se misturar com o ar atmosférico, expandindo-se ainda mais.

O álcool é uma substância volátil, ou seja, quando está em temperatura ambiente, evapora. Após este processo, nós conseguimos sentir o seu cheiro porque, ao evaporar, ele irá se expandir ao se misturar com o gás atmosférico, ocupando então um volume maior.

Pressão do ar

A atmosfera é uma camada de ar com muitos quilômetros de espessura. Como foi dito acima, essa massa de ar tem peso e exerce o que conhecemos como pressão atmosférica.

A pressão atmosférica vai variar de acordo com a altitude em que estamos medindo o seu valor. Geralmente, usamos a pressão a nível do mar para facilitar, mas, em determinados lugares, é preciso considerar a altitude na qual está sendo feita a medida. De modo geral, quanto menor a altitude, maior a pressão.

O primeiro dispositivo capaz de medir a pressão atmosférica é chamado de Barômetro, criado no século XVII por Evangelista Torricelli. Foi usado um tubo de 1 metro de comprimento, fechado em uma das extremidades, cheio de mercúrio.

Torricelli tapou com o seu dedo a extremidade aberta, inverteu o tubo, o mergulhou em um outro recipiente que também continha mercúrio e tirou o dedo.

O mercúrio não desceu completamente do tubo para o recipiente. Isso ocorreu porque a pressão atmosférica atuava sobre a superfície do líquido que estava dentro do recipiente.

Exercícios Resolvidos

1) Porque quando sopramos um balão de aniversário ele ocupa mais espaço?

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2) Qual local terá maior pressão atmosférica: a nível do mar ou em cima de uma montanha? Justifique.

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Respostas:

1. Ao soprarmos, estamos fazendo com que entre ar dentro do balão. Esse ar, como toda matéria, possui a característica de ocupar espaço e possuir um volume.

2. Quanto maior a altitude, menor a pressão atmosférica, portanto, a nível do mar o valor da pressão atmosférica é maior.