Levante a água com um parafuso de Arquimedes

Jul 01, 2023

Um projeto científico que desafia a gravidade da Science Buddies

Conceitos chaveFísicaLíquidosGeometriaEngenharia

Introdução Você consegue pensar em uma maneira de fazer a água correr morro acima sem usar eletricidade? Os antigos gregos descobriram como fazer exatamente isso! Eles desenvolveram um dispositivo chamado parafuso de Arquimedes para elevar a água de um local para outro. Esta ferramenta é tão útil que ainda hoje é amplamente utilizada. Nesta atividade, você construirá seu próprio parafuso de Arquimedes a partir de materiais simples.

Fundo Arquimedes de Siracusa nasceu no século III aC Gostava de resolver problemas e foi um dos inventores mais importantes de seu tempo. O rei solicitou que Arquimedes construísse o maior navio possível. Este navio provou estar com vazamentos e Arquimedes teve que inventar um dispositivo para remover a água dele. Então ele projetou o que hoje chamamos de parafuso de Arquimedes. Foi muito eficaz porque eliminou a água e exigiu apenas uma pessoa para operá-lo. O parafuso de Arquimedes logo também foi usado para transportar água de áreas baixas até valas de irrigação. O design é tão eficaz que ainda está sendo usado hoje. Por exemplo, é usado para levantar águas residuais em estações de tratamento de água e até mesmo para levantar água em alguns parques de diversões. É uma ferramenta que nunca sai de moda.

O parafuso de Arquimedes é uma forma de bomba de deslocamento positivo. Uma bomba de deslocamento positivo retém o fluido de uma fonte e então força o fluido a se mover para um local de descarga. O parafuso de Arquimedes é formado por um cilindro oco e uma parte em espiral (a espiral pode ficar dentro, mas aqui você vai colocar fora do cilindro). Uma extremidade é colocada em uma fonte de fluido de baixa altitude e a outra extremidade é inclinada para cima em uma área de descarga mais alta. Para mover a água, tudo o que você precisa fazer é girar o parafuso. À medida que o parafuso se move, ele recolhe uma pequena quantidade de água no primeiro bolso. Na próxima volta do parafuso, a primeira bolsa de água se move para a segunda bolsa e uma nova concha de água entra na primeira bolsa. Esse movimento continua e, eventualmente, a primeira concha de água sai do outro lado.

Existem muitos fatores que determinam o desempenho do parafuso de Arquimedes, como comprimento, ângulo, raio e muito mais. Neste projeto, você construirá e demonstrará seu próprio parafuso de Arquimedes. Opcionalmente, você pode até tentar alterar o design do parafuso para descobrir como fazê-lo levantar água mais rápido!

Materiais

Preparação

Procedimento

Observações e Resultados Como o parafuso de Arquimedes consegue mover a água para cima? Quando você dobra o tubo em forma de espiral, ele forma bolsas individuais onde a água pode ficar presa porque o tubo se curva para cima em ambos os lados. Se você olhar para o parafuso de lado, verá esses bolsos cheios de água. À medida que você gira o parafuso, ele retém bolsões alternados de ar e água, e os bolsos individuais sobem pelo parafuso até o recipiente superior. Se você inclinar o parafuso para cima em um ângulo muito íngreme, eventualmente um lado de cada bolso apontará para baixo, permitindo que a água flua de volta para baixo. Isso é mais fácil de ver se você colocar o cano verticalmente - observe como não há lugar para a água ficar "presa" sem fluir ladeira abaixo.

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Esta atividade trazida a você em parceria com a Science Buddies

Ben Finio é um cientista sênior da Science Buddies e professor da Cornell University Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering. Siga-o no Twitter @BenFinio.

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