Como funciona o termômetro de Galileu?

Baseado no termoscópio, inventado por Galileu Galilei no começo do século XVII, o termômetro, que pode estar sobre sua mesa de trabalho é chamado de termômetro de Galileu. É um termômetro simples e razoavelmente preciso, que atualmente é mais usado como enfeite. O termômetro de Galileu consiste de um tubo de vidro selado, preenchido com água e várias bolhas flutuantes. As bolhas são esferas de vidro cheias de uma mistura líquida colorida. Esta mistura líquida pode conter álcool ou pode ser só água com corante.

Cada bolha tem uma pequena etiqueta de metal que indica a temperatura. Na etiqueta estão gravados um número e um símbolo de grau. Estas etiquetas de metal são, na verdade, contrapesos calibrados. O peso de cada etiqueta é ligeiramente diferente dos outros. Já que as bolhas são todas de vidro soprado, elas não têm exatamente o mesmo tamanho e formato. As bolhas são calibradas acrescentando-se uma determinada quantidade de fluido a elas de modo que tenham exatamente a mesma densidade. Depois que as etiquetas pesadas são presas às bolhas, cada uma difere ligeiramente na densidade (proporção entre massa e volume) das outras e a densidade de todas elas é muito próxima à densidade da água circundante.

Um objeto imerso em um fluido sofre a ação de duas forças principais: a atração da gravidade, no sentido descendente, e o empuxo, no sentido ascendente. É a força da gravidade que faz este termômetro funcionar.

A idéia básica é que, à medida que a temperatura do ar fora do termômetro muda, também muda a temperatura da água em volta das bolhas. Quando a temperatura da água muda, ou ela expande ou se contrai mudando a sua densidade. A uma determinada densidade, algumas bolhas vão flutuar e outras vão afundar. A bolha que afunda mais indica a temperatura atual aproximada.

Como exemplo, digamos que no termômetro haja cinco bolhas:

  • uma bolha azul que representa 15º
  • uma bolha amarela que representa 18º
  • uma bolha verde que representa 21º
  • uma bolha roxa que representa 24º
  • uma bolha vermelha que representa 27º

A bolha azul (15º) é a mais pesada (mais densa) e as demais bolhas são mais leves, sendo a vermelha a mais leve de todas. Agora, digamos que a temperatura na sala é de 21º. Já que o ar circundante é de 21º, sabemos que a água presente no termômetro também tem 21º. As bolhas azul e amarela (15º e 18º, respectivamente) são calibradas para terem maiores densidades que a água, nesta temperatura, fazendo com que elas afundem. As bolhas roxa e vermelha possuem densidades menores que a água em volta. Dessa forma, elas ficam flutuando pelo topo do termômetro. Já que a bolha verde é calibrada para representar 21º(mesma temperatura da água), ela afunda lentamente e assim fica flutuando um pouco abaixo das bolhas roxa e vermelha indicando a temperatura da sala.

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