O uso da bomba d'água manual como recurso didático nas aulas de hidrostática e hidrodinâmica

Abstract

O conceito de pressão no interior de um fluido encontra aplicação em diversos equipamentos do cotidiano, como bombas de água manuais e elétricas, borrifadores de água e nebulizadores de ar, estes são apenas alguns dos dispositivos nos quais os conceitos envolvidos são empregados sem que se perceba. No entanto, a abordagem desse conceito em sala de aula é frequentemente feita de forma teórica. No caso de um fluido em equilíbrio, a relação entre a pressão e a profundidade é dada pelo teorema de Stevin, que pode ser facilmente observado ao mergulhar gradativamente, aumentando a profundidade, em uma piscina. Assim, para uma melhor compreensão dos conceitos ligados à mecânica dos fluidos, propomos a construção de um aparato experimental: um vaso comunicante. O objetivo deste experimento é elucidar o funcionamento de uma bomba manual d'água utilizada em garrafões de 20 litros, garrafas PET e em uma pisseta de laboratório. A bomba desempenha a função de retirar a água ao elevar a coluna líquida até a saída do recipiente. O princípio deste experimento didático é observar o comportamento de uma ou mais colunas de água acopladas ao recipiente por meio de tubos transparentes, que podem ser mangueiras comuns de diâmetros diferentes. Dessa maneira, ao empregar a bomba, é possível examinar o comportamento da coluna de água nos tubos e, consequentemente, medir a pressão interna que ela gera com base no teorema de Stevin. O sistema de vasos comunicantes possibilita a ligação de um dos tubos à câmara de ar do recipiente. Com essa montagem, a superfície de um dos tubos ficará em contato com a pressão interna do ar contido no recipiente, e não com a pressão atmosférica. Desse modo, os vasos comunicantes funcionam como um manômetro, permitindo a identificação da diferença de pressão por meio da diferença de altura entre as colunas de água. Além disso, podemos determinar a velocidade de saída da água nas bombas e o seu alcance utilizando a equação de Bernoulli. Portanto, as montagens propostas visam o entendimento das bombas por meio dos conceitos básicos da hidrostática e da hidrodinâmica.