Jacob Hoover
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No século 16, Leonardo da Vinci descreveu pela primeira vez um fenômeno fascinante envolvendo água que mais tarde ficou conhecido como salto hidráulico. E apenas cinco séculos depois, os cientistas finalmente explicaram por que isso acontece.
Este salto não é uma propriedade obscura que só é visível para os cientistas. Você realmente só precisa entrar na sua cozinha ou entrar no chuveiro para ver.
Se você abrir uma torneira, observe o que acontece quando a água atinge a superfície da pia. Ele cria uma camada de água circular muito fina, de fluxo rápido, cercada por um anel concêntrico mais espesso de água turbulenta. Um salto hidráulico refere-se ao ponto onde a água sobe e forma a camada mais espessa. [Imagens: as equações mais bonitas do mundo]
Começando em 1819 com o matemático italiano Giorgio Bidone, muitos pesquisadores tentaram explicar o que faz com que a água salte dessa forma. Mas todas as explicações e equações até agora se apoiaram na gravidade como a força principal, disse o autor principal Rajesh K. Bhagat, doutorando no departamento de engenharia química e biotecnologia da Universidade de Cambridge, na Inglaterra..
No entanto, Bhagat e sua equipe descobriram recentemente que a gravidade quase não tem nada a ver com esses saltos hidráulicos. Em vez disso, as principais forças por trás deles são a tensão superficial e a viscosidade, relataram em seu estudo, que foi publicado online em 31 de julho no Journal of Fluid Mechanics.
Para descartar a gravidade, Bhagat e sua equipe realizaram um experimento simples. Eles atingem uma superfície plana e horizontal com um jato d'água para criar um salto hidráulico simples - o mesmo tipo que você veria se abrisse a torneira da pia da cozinha. Mas então, eles inclinaram essa superfície de várias maneiras: verticalmente, em um ângulo de 45 graus e horizontalmente - de forma que, no final, o jato d'água estaria atingindo uma superfície que se tornou um teto. Para capturar o salto inicial, eles registraram o que aconteceu com câmeras de alta velocidade.
Em todos os casos, o salto hidráulico aconteceu no mesmo ponto. Em outras palavras, a camada interna fina e de movimento rápido tinha o mesmo tamanho, independentemente da orientação em que o avião estava. Se a gravidade tivesse causado os saltos, a água teria sido "distorcida" em qualquer um dos planos além do horizontal , Disse Bhagat. "Este experimento simples prova que é tudo menos gravidade."
A nova teoria não está abaixo da gravidade
Para estudar as outras forças que podem estar em jogo, os pesquisadores variaram a viscosidade do fluxo de água - uma medida de quanto ele pode resistir ao fluxo - misturando-o com glicerol, um tipo de álcool com uma tensão superficial semelhante à da água, mas que é 1.000 vezes mais viscoso que o da água.
Eles também mantiveram a viscosidade constante e reduziram a tensão superficial - a força atrativa que mantém as moléculas líquidas juntas na superfície - misturando um ingrediente comum em um detergente chamado dodecil benzeno sulfonato de sódio (SDBS). Finalmente, eles variaram a viscosidade e a tensão superficial misturando água e propanol, outro tipo de álcool, de modo que a solução fosse 25 por cento mais viscosa do que a água pura, mas tinha uma tensão superficial três vezes mais fraca..
Isso permitiu aos pesquisadores isolar a influência de cada força, disse o autor sênior Ian Wilson, professor de sólidos e superfícies macias, também na Universidade de Cambridge. .
A questão é ser "capaz de prever onde começa essa transição entre um filme fino e um filme espesso", disse Wilson. Muitas das teorias anteriores não podiam fazer isso, porque a localização do salto hidráulico muda quando a camada espessa atinge algum tipo de borda, como a borda da pia.
O salto ocorre no local onde as forças de tensão superficial e viscosidade se somam e equilibram o momento do jato de líquido, descobriram os autores.
Saber onde esse salto ocorre pela primeira vez pode ter aplicações na indústria, disse Wilson. A camada fina que se forma antes do salto carrega muito mais força do que a camada mais espessa, tornando a área mais fina mais eficiente na transferência de calor.
Jatos de água de alta velocidade são usados em aplicações industriais, como limpeza no processamento de leite e resfriamento de pás de turbinas de aeronaves ou semicondutores de silício, disse Bhagat. Frequentemente, nessas aplicações, jatos intermitentes de água são mais eficientes, disse Wilson. Para melhorar a eficiência desses jatos intermitentes, você precisa ser capaz de prever onde ocorrem os saltos hidráulicos iniciais, disse ele.
Originalmente publicado em .