Mecânica IVSumário
Ilustração de abertura do capítulo 5: A coluna de mercúrio que pesa o mesmo que o céu

Capítulo 5A coluna de mercúrio que pesa o mesmo que o céu

Pressão atmosférica e o barômetro

Florença, 1643: um tubo cheio de mercúrio, virado numa cuba, desce e para a 76 cm, com vácuo em cima — e o que segura a coluna não é o vácuo, é o peso de todo o ar sobre a cuba; setenta e seis centímetros de metal líquido pesam, por metro quadrado, o mesmo que o céu.

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O caso: o tubo virado na cuba

Florença, 1643 — um historiador defende 1644. Evangelista Torricelli enche de mercúrio um tubo de vidro de cerca de um metro, fechado numa das pontas. Tapa a ponta aberta com o dedo, vira o tubo de cabeça para baixo, mergulha a boca numa cuba com mais mercúrio e tira o dedo. O metal líquido desce — e para. A coluna fica em pé dentro do tubo, com cerca de 76 cm de altura acima da superfície da cuba; acima dela, no topo do tubo, sobra um espaço em que não há nada: o primeiro vácuo que alguém fez de propósito.

Um tubo de vidro fechado em cima, virado de boca para baixo dentro de uma cuba com mercúrio. Dentro do tubo, a coluna de mercúrio, em azul-escuro, sobe 76 cm acima da superfície da cuba; acima dela, um espaço claro rotulado vácuo, pressão zero. Uma cota vertical marca os 76 cm. Ao lado, uma barra azul-céu de pressão rotulada 1 atm, o ar sobre a cuba. Um cartão com as datas: Florença, 1643; Berti, antes, com água, 10,3 m; setembro de 1648, Puy de Dôme, a coluna baixa com a altitude.
Figura 5.1 — O tubo de Torricelli: 76 cm de mercúrio em pé, vácuo em cima, e o ar inteiro empurrando a superfície da cuba. A coluna pesa, por metro quadrado, o mesmo que o céu.

A pergunta que Torricelli responde é: o que segura a coluna? Não é o vácuo "puxando" de cima — o vácuo não puxa nada, porque não há nada nele. É o ar. O peso de toda a atmosfera sobre a superfície livre do mercúrio na cuba empurra o líquido para dentro do tubo, e a coluna sobe até que o seu próprio peso, por unidade de área, iguale a pressão do ar. "Vivemos submersos no fundo de um oceano de ar", escreveu ele, e o capítulo 4 acabou de medir esse oceano: cerca de 10⁵ Pa ao nível do mar, dez newtons em cada centímetro quadrado, dez toneladas de força por metro quadrado.

Antes dele, Gasparo Berti tinha feito a mesma coisa com água, num tubo de mais de dez metros preso à fachada de uma casa: a coluna parou a 10,3 m. E depois dele, em setembro de 1648, a pedido de Blaise Pascal, o cunhado deste, Florin Périer, subiu o Puy de Dôme, uma montanha do centro da França, com um barômetro nas mãos: a coluna baixou conforme ele subia, porque lá em cima há menos ar em cima. Três experimentos, uma ideia só: o ar pesa, e o peso dele se mede com uma coluna de líquido.

Este capítulo faz a conta dessa coluna. Primeiro, a pressão que um líquido parado exerce no fundo de uma coluna, p = ρ × g × h, na seção da coluna. Depois, o tubo de Torricelli como uma balança de dois pratos, na seção do barômetro; a razão de o mercúrio parar a 76 cm e a água a dez metros, na seção da água; a pergunta incômoda de como o ar consegue empurrar "para cima" dentro do tubo, na seção das direções; a subida do Puy de Dôme, na seção da montanha; e, por fim, as três unidades em que a prova escreve o mesmo número — milímetro de mercúrio, atmosfera e pascal — na seção das unidades.

A pressão no fundo de uma coluna de líquido

O capítulo 4 fez a conta da atmosfera como se ela fosse uma pilha de ar: o peso da coluna dividido pela área da base. A conta era só uma aproximação para o ar, porque o ar afina com a altura. Para um líquido ela é exata, porque a água e o mercúrio quase não se comprimem: a densidade é a mesma no alto e no fundo da coluna.

Um cilindro de líquido em azul-céu, de área da base A e altura h, apoiado sobre uma base. Uma cota lateral marca a altura h e outra, embaixo, a área A. A conta em três linhas ao lado: massa igual a rô vezes A vezes h; peso igual a rô vezes A vezes h vezes g; pressão igual a peso dividido por A, igual a rô vezes g vezes h. À direita, uma barra vertical de pressão que cresce do topo, onde é zero, até a base, onde é máxima.
Figura 5.2 — A coluna de líquido: o peso dela dividido pela área da base. A área cancela, e sobra ρ × g × h — só a densidade e a altura mandam.

Tome uma coluna de líquido de densidade ρ, área da base A e altura h. O volume é A × h; a massa é a densidade vezes o volume, ρ × A × h; o peso é a massa vezes g, ρ × A × h × g. A pressão que esse peso faz sobre a base é o peso dividido pela área — e a área aparece em cima e embaixo da fração e se cancela. Sobra p = ρ × g × h. A largura da coluna sumiu da conta: um tubo fino e um tanque largo, com a mesma altura do mesmo líquido, fazem no fundo a mesma pressão.

Definição

Pressão de uma coluna de líquido

Dois números para calibrar a intuição. Dez centímetros de água: 1 000 × 10 × 0,10 = 1 000 Pa — mil pascals, um centésimo de atmosfera, o que os ouvidos sentem no fundo de uma piscina rasa. Um metro de água: 10⁴ Pa, um décimo de atmosfera. E 76 cm de mercúrio, que é 13,6 vezes mais denso que a água: 13 600 × 10 × 0,76 = 103 360 Pa ≈ 1,03 × 10⁵ Pa. Cento e três mil pascals, com as constantes arredondadas deste livro; com a densidade exata do mercúrio e g = 9,81 m/s², a conta dá 101 325 Pa — exatamente a atmosfera padrão. Não é coincidência, e a próxima seção explica por quê.

Atenção

A altura é a vertical, não o comprimento do tubo

O h da fórmula é a diferença de nível entre a superfície livre do líquido e o ponto em que se mede a pressão, medida na vertical. Num tubo inclinado, o líquido ocupa mais tubo, mas a altura que conta é a projeção vertical. A prova gosta de dar o comprimento do tubo e o ângulo para ver quem usa o comprimento no lugar da altura.

O barômetro: uma balança de dois pratos

Volte ao tubo. Quando Torricelli tira o dedo, o mercúrio começa a descer, e o espaço que ele deixa no topo do tubo fica vazio: não entra ar, porque o tubo é fechado, e o mercúrio quase não evapora. A pressão ali em cima é, para todos os efeitos, zero. Embaixo, na superfície livre da cuba, o ar empurra com uma atmosfera. Dentro do tubo, na altura dessa mesma superfície, a pressão é a do peso da coluna de mercúrio: ρ × g × h.

À esquerda, o tubo de Torricelli com a coluna de mercúrio de 76 cm e o vácuo em cima. À direita, duas barras de pressão azul-céu da mesma altura, lado a lado, com um traço tracejado ligando os dois topos: a da atmosfera, rotulada p atm, cerca de 10 elevado a 5 pascals, e a da coluna, rotulada rô vezes g vezes h, 13 600 vezes 10 vezes 0,76. Um cartão: as duas barras iguais é a coluna parada; se o ar de cima pesa menos, a barra da atmosfera encolhe e a coluna desce.
Figura 5.3 — A balança de dois pratos: num prato, o céu inteiro; no outro, 76 cm de mercúrio. As duas barras de pressão têm a mesma altura — é por isso que a coluna para.

A coluna para quando as duas pressões se igualam: a do ar sobre a cuba, empurrando para dentro do tubo, e a da coluna, empurrando para fora. ρ × g × h = p atmosférica. Se a coluna fosse mais alta que isso, o peso dela venceria e o mercúrio desceria; se fosse mais baixa, o ar venceria e o empurraria para cima. Os 76 cm são a altura em que a balança fecha. Pense num prato com o céu inteiro, do chão até onde a atmosfera acaba, e no outro prato setenta e seis centímetros de metal líquido: quando os dois pesam igual, por metro quadrado, a coluna fica parada. Esse é o barômetro, o instrumento que mede a pressão do ar pela altura de uma coluna de mercúrio.

Definição

Barômetro de mercúrio

Com as constantes deste livro, 13 600 × 10 × 0,76 = 1,03 × 10⁵ Pa — a série arredonda para "cerca de cem mil pascals, uma atmosfera", e o desvio de 3 por cento vem do arredondamento de g e da densidade; com os valores exatos, 13 595 kg/m³ e 9,81 m/s², a mesma coluna dá 101 325 Pa. A leitura importante é outra: o barômetro de Torricelli pesa o céu. Setenta e seis centímetros de mercúrio, sobre um metro quadrado, pesam o mesmo que a coluna de ar que vai daquele metro quadrado até o fim da atmosfera — dez toneladas de metal contra dez toneladas de ar. E se o tubo fosse levado à Lua, onde a Mecânica III encontrou pressão zero na superfície porque não há ar em cima, a coluna desceria até o nível da cuba: sem ar para empurrar, nada segura o mercúrio.

Dica ENEM

Dica ENEM: quem segura a coluna é o ar, não o vácuo

A frase "o vácuo puxa o mercúrio para cima" aparece nas alternativas de quase toda questão sobre Torricelli, e está errada: o vácuo é ausência de pressão, e ausência não puxa. Quem segura a coluna é a pressão atmosférica sobre a superfície da cuba. Teste: se o tubo fosse aberto em cima, entraria ar, a pressão em cima ficaria igual à de baixo, e a coluna desceria até o nível da cuba — o mesmo vácuo "puxando" não a seguraria.

Setenta e seis centímetros de mercúrio, dez metros de água

Berti fez o experimento antes de Torricelli, com água, e precisou de um tubo de mais de dez metros preso à fachada de uma casa. A conta diz por quê. Se a pressão do ar segura uma coluna que faz ρ × g × h = 10⁵ Pa, a altura da coluna é h = p ÷ (ρ × g). Para a água, 10⁵ ÷ (1 000 × 10) = 10 m. Para o mercúrio, 10⁵ ÷ (13 600 × 10) ≈ 0,74 m — os 76 cm medidos, com o arredondamento das constantes. A razão entre as duas alturas é a razão inversa entre as densidades: 13,6. A coluna de água é 13,6 vezes mais alta porque a água é 13,6 vezes menos densa.

Dois tubos invertidos lado a lado, sobre cubas, com a escala declarada: um metro vale 0,6 cm na figura. À esquerda, o tubo de mercúrio, curto, com a coluna de 0,76 m; à direita, o tubo de água, alto, com a coluna de 10 m, ao lado do perfil de uma casa de três andares. Uma chave lateral marca a razão: 10 dividido por 0,76 é igual a 13,6, a razão entre as densidades, 13 600 sobre 1 000. Um cartão: a mesma atmosfera segura as duas colunas; a de água é 13,6 vezes mais alta porque a água é 13,6 vezes menos densa.
Figura 5.4 — A mesma atmosfera, dois líquidos: 76 cm de mercúrio ou dez metros de água. É a densidade que decide a altura — por isso o barômetro de mercúrio cabe numa mesa e o de água precisa de uma fachada.

Dez metros de água é o arredondamento da série; com as constantes exatas a coluna tem 10,35 m, e os 10,3 m de Berti são a medida. Esse número volta no capítulo 6, no fundo do mar: cada dez metros de água acrescentam uma atmosfera à pressão. E ele explica uma limitação que todo encanador conhece: nenhuma bomba instalada na superfície consegue "puxar" água de um poço com mais de dez metros de profundidade. A bomba não puxa — ela retira o ar do tubo, e quem empurra a água tubo acima é a atmosfera, apertando a superfície do poço. A atmosfera consegue empurrar, no máximo, dez metros de água; um poço de quinze metros pede uma bomba lá embaixo, que empurre em vez de sugar.

LíquidoDensidade (kg/m³)Coluna de 1 atm
mercúrio13 60076 cm
água1 00010 m
óleocerca de 90011 m

Atenção

Sucção não é puxão

"Sugar" um líquido por um canudo, por uma bomba ou por uma seringa é retirar o ar de dentro do tubo e deixar que a pressão atmosférica de fora empurre o líquido para dentro. O limite é a própria atmosfera: dez metros de água, 76 cm de mercúrio. Um canudo de onze metros não funciona nem para o pulmão mais forte do mundo — não porque falte força a quem suga, mas porque falta ar para empurrar.

O ar empurra em todas as direções

Há uma pergunta que incomoda quem olha o tubo pela primeira vez. O ar pesa para baixo; então como é que ele empurra o mercúrio para cima, dentro do tubo, onde a boca do tubo está mergulhada e o ar nem chega? A resposta é a que o capítulo 4 plantou: a pressão, em cada ponto de um fluido, age em todas as direções. O ar aperta a superfície livre da cuba de cima para baixo, e o mercúrio, que é um líquido, transmite essa pressão para todos os lados dentro dele — inclusive para cima, na boca do tubo.

A cuba de mercúrio com o tubo mergulhado, vista de lado. Três pontos marcados na mesma altura, a da superfície da cuba: um fora do tubo, à esquerda; um fora, à direita; e um dentro do tubo, na boca. Ao lado de cada ponto, uma barra azul-céu de pressão da mesma altura, rotulada 1 atm, com uma linha tracejada horizontal unindo os três. Um cartão riscado com um X: o ar empurra só para baixo; ao lado, corrigido: a pressão age em todas as direções, mesmo nível, mesma pressão.
Figura 5.5 — Três pontos na mesma altura, dentro e fora do tubo: a mesma pressão, uma atmosfera. É assim que o ar, apertando a cuba de cima, segura a coluna por baixo.

O argumento se fecha com uma regra que o capítulo 6 demonstra e que aqui basta enunciar: num líquido parado, dois pontos na mesma altura têm a mesma pressão. Tome três pontos no nível da superfície da cuba: um fora do tubo, à esquerda; outro fora, à direita; outro dentro do tubo, na boca. Os dois de fora estão na superfície livre, em contato com o ar, a uma atmosfera. O de dentro está na mesma altura, no mesmo líquido; logo, também está a uma atmosfera — e é essa atmosfera, aplicada na boca do tubo, que sustenta os 76 cm acima dela. O ar não "sobe pelo tubo"; ele aperta a cuba, e a cuba transmite.

Definição

A pressão não tem direção; a força tem

Duas consequências que a prova adora. Se o tubo for inclinado, a coluna se estende ao longo do tubo, mas a altura vertical acima da cuba continua sendo 76 cm — a pressão depende da altura, não do comprimento. E se o tubo for mais largo, ou mais estreito, a altura não muda: um tubo do dobro do diâmetro tem quatro vezes mais mercúrio, mas quatro vezes mais área na boca, e a pressão, que é força por área, é a mesma. É o que a fórmula p = ρ × g × h já dizia ao cancelar a área.

Dica ENEM

Dica ENEM: inclinou, alargou, trocou o líquido

Puy de Dôme: a prova de que é o ar

Torricelli tinha a explicação certa, mas faltava uma prova que só o ar pudesse dar. Pascal a desenhou: se a coluna é sustentada pelo peso do ar de cima, então, subindo uma montanha, fica menos ar em cima — e a coluna tem de descer. Em setembro de 1648, Périer, cunhado dele, levou um barômetro à base do Puy de Dôme, anotou a altura da coluna, subiu cerca de mil metros até o cume e mediu de novo: a coluna estava vários centímetros mais baixa. Desceu, mediu de novo na base: a altura de antes. Estava provado. Era o ar.

O perfil de uma montanha em cinza-claro com a cota de altitude de mil metros entre a base e o cume. Na base, um barômetro com a coluna de mercúrio em 76 cm; no cume, outro barômetro, com a coluna cerca de 9 cm mais baixa, em 67 cm, e a diferença marcada em salmão. Acima da montanha, uma faixa azul-céu representa o ar que sobra em cima de cada barômetro: mais espessa na base, mais fina no cume. Um cartão: previsão com ar uniforme: mil metros de ar tiram 12 000 pascals, 9 cm de mercúrio.
Figura 5.6 — Mil metros de subida, mil metros de ar a menos em cima: pela conta, a coluna deveria baixar cerca de 9 cm — e baixou vários centímetros. A discussão sobre o vácuo acabou ali.

Quanto ela deveria descer? A conta do capítulo 4, com o ar tratado como uniforme perto do chão, dá a previsão. Mil metros de ar a 1,2 kg/m³ pesam, por metro quadrado, Δp = ρ × g × Δh = 1,2 × 10 × 1 000 = 12 000 Pa. Em mercúrio, essa pressão vale uma coluna de 12 000 ÷ (13 600 × 10) ≈ 0,088 m — cerca de 9 cm. O ar real não é uniforme, e o número histórico medido por Périer não é o assunto deste livro; o que importa é a ordem de grandeza, alguns centímetros em mil metros, e o sinal: para cima, a coluna desce. O Exemplo 3 refaz a conta.

O mesmo raciocínio faz do barômetro um instrumento de duas leituras. Numa altitude fixa, a coluna sobe e desce um pouco de um dia para o outro conforme muda a quantidade de ar sobre o lugar — e é por isso que ele antecipa o tempo: a pressão que cai costuma anunciar chuva. E numa altitude diferente, a coluna muda muito: a 11 km, onde o capítulo 4 encontrou 22 632 Pa, um barômetro marcaria 0,22 × 76 ≈ 17 cm; no cume do Everest, com cerca de 34 kPa, cerca de 26 cm. Quanto menos ar em cima, menos mercúrio a atmosfera consegue segurar.

Atenção

"A coluna baixou" não quer dizer "o mercúrio ficou mais leve"

O mercúrio pesa o mesmo em qualquer altitude que a prova use. O que mudou foi o outro prato da balança: com menos ar em cima, a pressão atmosférica é menor, e uma coluna menor basta para igualá-la. Numa questão, a resposta certa fala de menos ar sobre o lugar, não de mercúrio, de vácuo ou de temperatura.

Três nomes para o mesmo número: mmHg, atm e pascal

O barômetro de Torricelli deixou uma herança nas unidades. Como a pressão do ar se media pela altura da coluna, ficou natural dizer a pressão em milímetros de mercúrio: ao nível do mar, 760 mmHg. A unidade prática atmosfera é exatamente essa pressão: 1 atm = 760 mmHg. E, no SI, 1 atm = 101 325 Pa — que este livro arredonda para 1,0 × 10⁵ Pa. São três nomes para o mesmo número, e a prova troca de nome no meio do enunciado sem avisar.

Três barras azul-céu da mesma altura, lado a lado, cada uma com um rótulo: 760 mmHg; 1 atm; 10 elevado a 5 pascals. Uma linha tracejada une os três topos, com a leitura: a mesma pressão, três nomes. Abaixo, um cartão com a regra de três: 380 mmHg é metade de 760, logo 0,5 atm, logo 5 vezes 10 elevado a 4 pascals; e a nota: 1 mmHg é cerca de 133 pascals.
Figura 5.7 — 760 mmHg, 1 atm, 10⁵ Pa: a mesma barra com três rótulos. Converter é regra de três, com 760 de um lado e 10⁵ do outro.

Definição

As unidades de pressão do barômetro

UnidadeUma atmosferaOnde aparece
mmHg760barômetro, pressão arterial
atm1mergulho, gases
Pa1,0 × 10⁵toda conta no SI

O milímetro de mercúrio sobrevive num lugar que todo mundo conhece: a pressão arterial. "Doze por oito" são 120 mmHg na contração do coração e 80 mmHg no relaxamento — medidas acima da pressão atmosférica, que é o zero do aparelho. Em pascal, 120 mmHg são 120 ÷ 760 de uma atmosfera, cerca de 1,6 × 10⁴ Pa: as artérias mantêm o sangue a um sexto de atmosfera acima do ar de fora, e foi essa pressão que, no capítulo 4, impediu o sangue de ferver acima do limite de Armstrong.

Dica ENEM

Dica ENEM: 760 de um lado, 10⁵ do outro

Toda conversão desta seção é uma regra de três com 760 mmHg = 1 atm = 10⁵ Pa. Se a questão der 570 mmHg, faça 570 ÷ 760 = 0,75 atm = 7,5 × 10⁴ Pa. Se der 2 × 10⁵ Pa, são 2 atm = 1 520 mmHg. O tropeço clássico é multiplicar milímetros por 100 "para dar pascal": 380 mmHg não são 38 000 Pa, são 50 000. A vírgula andou porque um milímetro de mercúrio vale 133 Pa, não 100.

Exemplos resolvidos

Toda conta deste livro é feita em três tempos: a fórmula, a substituição dos números (já nas unidades certas) e o resultado com a unidade. Nos problemas de coluna, o passo anterior aos três é a altura: em metros, com 76 cm = 0,76 m e 760 mm = 0,76 m.

Exemplo 1 — O peso do céu em 76 cm

A coluna do barômetro de Torricelli tem 76 cm de mercúrio, de densidade 13 600 kg/m³. Qual é a pressão que ela exerce na altura da superfície da cuba? Use g = 10 m/s².

Fórmula. p = ρ × g × h

Substituição. p = 13 600 × 10 × 0,76

Resultado. p ≈ 1,03 × 10⁵ Pa

Conferência. cento e três mil pascals, cerca de uma atmosfera; com a densidade exata e g = 9,81, dá 101 325 Pa. A coluna para porque essa pressão iguala a do ar sobre a cuba.

Exemplo 2 — O barômetro de água

Que altura teria a coluna se o tubo de Torricelli fosse cheio de água, de densidade 1 000 kg/m³, com a pressão atmosférica de 1,0 × 10⁵ Pa? Use g = 10 m/s².

Fórmula. ρ × g × h = p₀, logo h = p₀ ÷ (ρ × g)

Substituição. h = 10⁵ ÷ (1 000 × 10)

Resultado. h = 10 m

Conferência. 13,6 vezes os 0,74 m do mercúrio; Berti mediu 10,3 m, e as constantes exatas dão 10,35 m. É a altura máxima de que uma bomba na superfície tira água.

Exemplo 3 — A previsão para o Puy de Dôme

Subindo 1 000 m, quanto a coluna de mercúrio deveria descer, se o ar tivesse densidade uniforme de 1,2 kg/m³? Use g = 10 m/s². (Previsão declarada; o ar real afina com a altura.)

Fórmula. Δp = ρ do ar × g × Δh ; queda da coluna = Δp ÷ (ρ do mercúrio × g)

Substituição. Δp = 1,2 × 10 × 1 000 = 12 000 Pa ; queda = 12 000 ÷ (13 600 × 10)

Resultado. queda ≈ 0,088 m, cerca de 9 cm

Conferência. 12 000 Pa são 12 por cento de uma atmosfera, e 12 por cento de 76 cm dão 9 cm. A coluna de 76 cm passaria a cerca de 67 cm no cume.

Uma vidraça vertical de 1 metro quadrado vista de lado, em azul-escuro, com o ar dos dois lados. À esquerda, uma seta salmão grande apontando para a vidraça, rotulada 10 elevado a 5 newtons, dez toneladas de força; à direita, outra seta salmão igual, em sentido contrário, também de 10 elevado a 5 newtons. Duas barras de pressão azul-céu, uma de cada lado, da mesma altura, rotuladas 1 atm. Um cartão: resultante zero; a vidraça não sente nada, porque são dez toneladas de cada lado.
Figura 5.8 — O Exemplo 4 em desenho: uma atmosfera sobre um metro quadrado são dez toneladas de força — de cada lado. A vidraça não quebra porque a diferença é zero. No capítulo 6, de um lado haverá mil.

Exemplo 4 — Uma atmosfera numa vidraça

Uma vidraça tem 1 m² de área. Que força o ar, a 1,0 × 10⁵ Pa, exerce sobre cada face dela? Por que ela não quebra?

Fórmula. F = p × A

Substituição. F = 10⁵ × 1

Resultado. F = 10⁵ N em cada face — o peso de dez toneladas

Conferência. 10⁵ N ÷ 10 m/s² = 10⁴ kg = 10 t. As duas faces recebem a mesma força em sentidos opostos, e a resultante é zero. O que quebra vidro é diferença de pressão, e aqui não há nenhuma.

Exemplo 5 — O barômetro na cidade alta

Numa cidade alta, um barômetro marca 640 mmHg. Quanto vale a pressão atmosférica ali em atmosferas e em pascals? Use 760 mmHg = 1 atm = 1,0 × 10⁵ Pa. (Números de exercício.)

Fórmula. regra de três: p ÷ 10⁵ = 640 ÷ 760

Substituição. 640 ÷ 760 = 0,84 ; p = 0,84 × 10⁵

Resultado. 0,84 atm ; p ≈ 8,4 × 10⁴ Pa

Conferência. a coluna baixou 120 mm, cerca de 16 por cento, porque há menos ar em cima. Com 1 mmHg ≈ 133 Pa, 640 × 133 ≈ 85 000 Pa, o mesmo número dentro do arredondamento.

Radar ENEM

O ENEM cobra este capítulo com quatro perguntas, e a primeira é o próprio tubo: o que sustenta a coluna de mercúrio. A resposta é a pressão atmosférica sobre a superfície da cuba; o distrator, plantado em quase toda questão, é "o vácuo puxa o mercúrio". A segunda é a conta da coluna, p = ρ × g × h, quase sempre com a altura em centímetros ou milímetros para ver quem esquece de converter. A terceira é a conversão de unidades, 760 mmHg = 1 atm = 10⁵ Pa, por regra de três. A quarta é qualitativa: o barômetro em outra altitude, ou com o tubo inclinado, ou mais largo, ou com outro líquido — e a resposta sai da fórmula, que só tem densidade e altura.

Dois cartões lado a lado. O da esquerda, riscado com um X em salmão: o vácuo puxa o mercúrio para cima. O da direita, em destaque: o ar empurra a superfície da cuba, e a coluna para quando rô vezes g vezes h iguala a pressão do ar. Abaixo, uma linha com a regra de três: 760 mmHg, 1 atm, 10 elevado a 5 pascals, e um exemplo: 570 mmHg é igual a 0,75 atm, igual a 7,5 vezes 10 elevado a 4 pascals.
Figura 5.9 — Pediu quem segura a coluna? É o ar sobre a cuba, nunca o vácuo. Pediu converter? Regra de três com 760 de um lado e 10⁵ do outro.

Com números de exercício: um barômetro de água, tubo de 12 m, ao nível do mar — a coluna para em 10 m, e os 2 m de cima ficam vazios, porque 1 000 × 10 × 10 = 10⁵ Pa é tudo o que a atmosfera sustenta. Uma coluna de 570 mmHg é 570 ÷ 760 = 0,75 atm = 7,5 × 10⁴ Pa. E, na montanha, a coluna que marcava 76 cm passa a marcar menos, porque a pressão atmosférica diminuiu; o mercúrio pesa o mesmo.

Dica ENEM

Dica ENEM: os tropeços que o examinador coloca nas alternativas

Resumo em cinco peças

Cinco peças: a pressão no fundo de uma coluna de líquido é rô vezes g vezes h, só densidade e altura; 76 cm de mercúrio é igual a 10 m de água, igual a 1 atm, igual a 10 elevado a 5 pascals; quem segura a coluna é o ar sobre a cuba, não o vácuo, porque a pressão age em todas as direções; subiu a montanha, menos ar em cima, a coluna desce; nenhuma sucção tira água de mais de dez metros.
Figura 5.10 — O capítulo em cinco peças.
  1. A pressão no fundo de uma coluna de líquido é p = ρ × g × h: só a densidade e a altura mandam; a largura e o formato não entram.
  2. 76 cm de mercúrio = 10 m de água = 1 atm ≈ 10⁵ Pa — a mesma pressão em três colunas e três unidades; 1 mmHg ≈ 133 Pa.
  3. Quem segura a coluna é o ar sobre a cuba, não o vácuo: a pressão age em todas as direções, e pontos na mesma altura de um líquido parado têm a mesma pressão.
  4. Subiu, a coluna desce: com menos ar em cima a pressão atmosférica é menor, e uma coluna menor basta. O Puy de Dôme provou que é o ar.
  5. Nenhuma sucção tira água de mais de dez metros: quem empurra a água tubo acima é a atmosfera, e ela só sustenta dez metros.

Se for guardar uma frase só, guarde a balança: num prato, o céu inteiro; no outro, setenta e seis centímetros de mercúrio — e os dois pesam o mesmo.

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