Por vezes, quando parece que já compreendemos o modo como o Universo funciona, a física volta a apanhar-nos desprevenidos. Investigadores descobriram que líquidos simples podem ter um limite de rutura e que, a partir desse ponto, se partem de forma súbita, tal como acontece com sólidos.
A conclusão é particularmente relevante para a mecânica dos fluidos. Se os líquidos não só esticam e escoam, mas também conseguem “partir”, isso pode influenciar desde tecnologias de impressão 3D até processos em sistemas biológicos no interior do nosso corpo.
A descoberta surgiu de forma inesperada numa colaboração entre a Drexel University (EUA) e a ExxonMobil, enquanto a equipa realizava ensaios para perceber como líquidos muito viscosos reagem a forças intensas. Ao início, os investigadores chegaram a pensar que o equipamento de laboratório tinha avariado.
"A fratura provocou um estalido muito alto que, na verdade, me assustou", afirma a engenheira química Thamires Lima, da Drexel University.
Para garantir que não se tratava de um acaso, a equipa repetiu os ensaios várias vezes, de modo a confirmar a fiabilidade dos resultados.
"O que observámos foi tão inesperado", diz o engenheiro químico Nicolas Alvarez, da Drexel University.
"Quando confirmámos o fenómeno, a investigação tornou-se um esforço científico completamente diferente."
Líquidos simples sob tensão: a descoberta da Drexel University e da ExxonMobil
Nos ensaios, os líquidos eram colocados entre duas placas metálicas, filmados com uma câmara de alta velocidade e sujeitos a diferentes forças. O primeiro “estalido” ocorreu quando o líquido foi tracionado com uma força comparável à de um saco de tijolos suspenso por uma área do tamanho de uma unha.
Esse resultado foi observado num líquido que era uma mistura de hidrocarbonetos com aspeto semelhante a alcatrão. Mais tarde, o mesmo ponto de rutura foi identificado noutro líquido, um oligómero de estireno. Este também era espesso e parecido com alcatrão, e os investigadores consideram que a viscosidade (a forma como um líquido escoa) tem um papel importante.
A forma como a tensão se acumula num líquido mais espesso e viscoso é diferente da que se verifica num líquido mais fluido e menos viscoso. A partir destes ensaios, concluiu-se que líquidos mais espessos podem fissurar mesmo quando são tracionados mais lentamente - mas a força necessária parece manter-se a mesma, independentemente da viscosidade em causa.
Embora já se soubesse que os líquidos podem fissurar se forem suficientemente arrefecidos ou se forem misturados para obter determinadas propriedades, isto é diferente: trata-se de uma observação nova. Os investigadores defendem que o fenómeno deverá aplicar-se a mais líquidos para além dos que foram testados.
"Os nossos resultados mostram que, se for separado com força suficiente por área, um líquido simples - um líquido que escoa - atingirá aquilo a que chamamos um ponto de 'tensão crítica', no qual fraturará efetivamente como um sólido", afirma Lima.
"E isto é provavelmente verdade para todos os líquidos simples, incluindo exemplos comuns, como a água e o óleo."
O que pode estar por detrás da fratura: velocidade e cavitação
Um dos próximos temas a explorar será a mecânica do que está a acontecer e por que motivo ocorre. A equipa observou que, assim que as fissuras começavam, o avanço era extremamente rápido, com velocidades de 500–1,500 metros por segundo.
A rapidez da fratura é compatível com a cavitação, um fenómeno teorizado há décadas. A hipótese é que uma tensão suficientemente elevada num líquido leva à formação, no seu interior, de uma minúscula bolha de vácuo - e essa bolha acaba por facilitar a separação do líquido.
Como estes ensaios demonstram, o processo decorre a tal velocidade que será difícil observá-lo com nitidez. Ainda assim, agora que existe evidência sólida de que isto acontece, os cientistas passam a ter mais elementos para investigar.
Onde isto pode ser útil fora do laboratório
Outro passo será analisar de que forma estas fraturas podem ocorrer noutros líquidos e fora de condições laboratoriais altamente controladas. A equipa aponta a impressão por jato de tinta e a robótica macia como duas aplicações no mundo real em que estas conclusões poderão ser valiosas.
À medida que os métodos científicos e os instrumentos de investigação evoluem, os líquidos continuam a revelar propriedades escondidas e física interna inesperada - e é provável que ainda haja muito mais por descobrir.
"Agora que relatámos este comportamento imprevisto, compreender plenamente por que acontece e como se manifesta noutros líquidos é um importante próximo passo", diz Lima.
"Também será interessante ver como esta descoberta pode ser aplicada para ajudar a fiação de fibras e outras aplicações que utilizam líquidos viscosos."
A investigação foi publicada na Physical Review Letters.
Comentários
Ainda não há comentários. Seja o primeiro!
Deixar um comentário