Será que o mistério dos fluidos não newtonianos foi desvendado?

Por , em 16.05.2016

Se você já viu um fluido não newtoniano em ação, você sabe quão legal ele pode ser. Ele muda seu estado físico quase instantaneamente sob estresse, de modo que podemos socá-lo em sua forma líquida e ele vai se transformar em sólido, e você pode literalmente atravessar andando uma piscina cheia com eles – o que parece uma experiência incrível.

Os físicos entendem a essência de como o fluido não newtoniano pode mudar seu estado de líquido para sólido dependendo de como é manipulado, mas há um desacordo sobre o que está acontecendo em um nível molecular – o que exatamente as partículas estão fazendo para criarem uma substância tão estranha?

Este debate tem acontecido por décadas, mas agora um novo artigo propõe uma solução potencial, e verifica-se que a resposta é que todo mundo está certo!

O que é um fluido não newtoniano?

Como o próprio nome sugere, um fluido não newtoniano é exatamente o oposto de um fluido newtoniano.

Um fluido newtoniano é definido por Newton como o fluido perfeito, aquele em que a viscosidade é influenciada principalmente pela sua temperatura e pressão. Então, se você tem a água a uma temperatura e pressão moderada, ela vai continuar a agir como um líquido, não importa o quanto você a pressione.

Os fluídos não newtonianos, por outro lado, seguem um conjunto de regras diferentes. Você só precisa exercer algum tipo de força sobre ele – como um soco – e ele vai mudar a sua viscosidade de tal forma que pode mudar seu estado físico inteiramente. A chave para a viscosidade é a quantidade de atrito ou resistência que uma substância tem.

O atrito surge porque um líquido que flui é essencialmente uma série de camadas que correm umas sobre as outras. Quanto mais rápido uma camada passa sobre a outra, mais resistência há, e quanto mais lentas as camadas passam sobre as outras, menos resistência há. Quem coloca o braço para fora da janela de um carro em movimento pode atestar que há mais resistência do ar quanto mais rápido o carro estiver em movimento (ar é tecnicamente um fluido).

É assim que os físicos explicavam fluidos não newtonianos no passado, mas isso é muito básico. No nível molecular, onde realmente podemos entender o que está acontecendo, as coisas ficam extremamente complicadas.

Duas visões

Ambos os lados concordam que o que está acontecendo dentro de fluidos não newtonianos tem provavelmente a ver com partículas microscópicas chamadas colóides, mas as experiências que examinam colóides produziram resultados muito diferentes dos modelos que envolvem colóides. De um lado,há os físicos que são mais convencidos pelos resultados experimentais. De outro, aqueles que confiam nos modelos.

O grupo dos experimentos defende a hipótese de que o atrito entre colóides que estão suspensos nos fluidos os “prendem” no lugar, por isso, eles tornam-se mais um sólido do que um líquido que flui.

O grupo dos modelos, por outro lado, suspeita que quando você perfura um fluido não newtoniano, este empurra os colóides, os deixando mais juntos, e o líquido entre eles é forçado a sair, produzindo resistência que os desacelera suficientemente para que eles brevemente se fechem nos chamados “hidro-grupos”.

Isto é conhecido como o modelo hidrodinâmico.

Mesma resposta

O que uma equipe do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e da Universidade de Georgetown descobriu é que ambas as explicações podem, na verdade, estar certas.

Eles fizeram isso realizando uma experiência que media como colóides com concentrações diferentes de esferas do tamanho de bactérias respondiam a diferentes níveis de estresse. Estas medições revelaram que os níveis de estresse forçavam os colóides de interações dominantemente hidrodinâmicas para interações dominantemente por fricção, conforme o espessamento em um sólido – ou espessamento de cisalhamento, como é chamado – tornava-se mais pronunciado.

“Esta transição demonstra que o espessamento de cisalhamento é impulsionado principalmente por contatos de fricção, com as forças hidrodinâmicas desempenhando um papel secundário em concentrações mais baixas de partículas, quando as misturas estão menos densas”, diz o autor principal, John Royer, do NIST.

Os resultados terão de ser replicados antes que possamos dizer com certeza se esta é a explicação correta, mas se os físicos fizerem isso, vamos ter finalmente desvendado uma das substâncias mais estranhas da Terra. [Science Alert]

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4 comentários

  • Ursus Arctos:

    Adorei o GIF. Linda essa moça descalça… Pezinhos lindos.

    • Cesar Grossmann:

      #Podófilo/podólatra detected#

    • Ursus Arctos:

      Com certeza, Cézar! E sou engenheiro como você.

    • Ursus Arctos:

      Desculpe: Cesar.

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