E se a energia não se conserva? Um estudo sobre o escoamento d’água em um recipiente por meio de um orifício circular

What if energy is not conserved? A study on water flow through a circular orifice in a container

Compreender as limitações e as potencialidades dos modelos científicos é uma das dimensões da aprendizagem da Física. Uma alternativa para proporcionar essa compreensão é por meio da investigação experimental focada na avaliação das implicações das idealizações consideradas nesses modelos. Inseridos neste contexto, apresentamos uma investigação sobre o escoamento de fluidos em orifícios. Começamos analisando um modelo amplamente explorado em livros didáticos em que, pautado pela equação de Bernoulli, não são consideradas perdas de energia. Mostramos, a partir de dados experimentais coletados com videoanálise, que esse modelo não é adequado para representar o escoamento d’água, mesmo em orifícios com área menores do que 1% da área da superfície de fluido no recipiente. Propomos, então, um modelo de escoamento dissipativo mobilizando conceitos de hidrologia pouco usuais no ensino de Física. Mostramos que as predições desse modelo são corroboradas experimentalmente. Desse modo, o artigo é uma alternativa experimental para quem deseja explorar um problema de hidrodinâmica com enfoque no processo de modelagem científica, procurando, ao mesmo tempo, fomentar a aprendizagem conceitual e a compreensão do caráter representacional do conhecimento.

Palavras-chave:
Hidrodinâmica; escoamento; vazão; modelagem científica