Por que o “galão” de água de cabeça pra baixo de repente fica fazendo barulho/golfadas?

4 de janeiro, 2021 às 10:54 | Postado em Estática de Fluidos, Mecânica de fluidos

Ola professores do CREF, eu recebi esse questionamento de um amigo meu da faculdade e percebi que eu não tenho certeza sobre o porquê de a água do galão descer fazendo barulho e em golfadas, ao invés de simplesmente descer continuamente. Se alguém puder elucidar, agradeço desde já!

Responderei a questão imaginando que a única abertura do “galão” (nome impróprio para um recipiente pois rigorosamente galão é uma unidade de medida de volume; entretanto o termo galão é registrado pelo dicionário Priberam como: 2. Recipiente para armazenar líquidos (ex.: água de galão).) seja o gargalo através do qual a água pode sair ou o ar entrar e que o recipiente seja rígido.

Inicialmente imaginemos o “galão” com o gargalo para baixo e fechado por uma tampa, parcialmente cheio com água e na parte superior ar. O ar dentro do “galão” se encontra na pressão p₁  enquanto externamente a pressão é a pressão atmosférica (p_atm). A pressão p₂  junto da tampa é igual a soma de p₁  com a pressão da coluna de água sobre a tampa.

Quando a tampa é retirada pode ser que a água saia do “galão” ou que o ar externo nele entre. A água sairá do recipiente somente se a pressão interna p₂  junto à tampa é maior do que a pressão atmosférica; caso p₂ seja menor do que a pressão atmosférica, ao invés de sair água, o ar será forçado a entrar pois um fluido, inicialmente em repouso, se movimenta da região de pressão maior para a região de pressão menor.

Passamos agora à descrição do que acontece quando a tampa do recipiente é retirada:

1 – Supondo que  p₂>p_atm , a água começa a sair do “galão”, aumentando o volume sem água acima. Esta possibilidade se concretiza se, por exemplo, p₁=p_atm.

2 – Aumentando o volume do ar acima da água a pressão p₁ baixa. Em consequência da redução da pressão p₁ e da redução da altura coluna de água dentro do recipiente,  a pressão p₂ também baixa.

3 – Como a água dentro do galão, próxima ao gargalo, ganha energia cinética, vazará água além do momento em que a pressão externa p₂ se iguala com a pressão atmosférica p_atm. Ou seja, a pressão p₂ baixa a um valor um pouco inferior ao da pressão p_atm.

4 – Quando isto acontece, isto é, quando p₂<p_atm, um pouco de ar atmosférico é empurrado para dentro do recipiente, “fazendo barulho” ao borbulhar na água, subindo até parte superior, aumentando um pouco a pressão p₁ devido ao aumento da massa de ar acima da água.

5 – Então acontece uma sequência de “golfadas” de água saindo do recipiente e “barulho” do ar entrando,  até que finalmente o “galão” esgote toda a água. Ou seja, a intermitência da saída da água se deve a sucessivas entradas de ar no recipiente, fazendo “barulho”,  encerrando este processo quando não há água no recipiente e o ar lá dentro atingir a pressão atmosférica.

“Docendo discimus.” (Sêneca)