Nos níveis mais fundamentais, a ciência muitas vezes desafia o bom senso. E uma nova descoberta pode ser a mais absurda de todas: os líquidos quebram.
Um recente Cartas de revisão física O artigo, “Fratura inesperada semelhante a sólido em líquidos simples”, relata a observação exata de que – quando os líquidos são esticados com força suficiente, o material supostamente fluido se fratura como um objeto sólido. As descobertas sugerem que viscosidadeou a resistência de um líquido ao fluxo, pode desempenhar um papel maior nas propriedades mecânicas dos líquidos do que acreditávamos. Além do mais, esse comportamento provavelmente se aplica a líquidos muito comuns, como água ou óleo, levantando novas considerações para a manipulação de líquidos em diversas aplicações.
“O que observamos foi tão inesperado que precisávamos repetir os experimentos mais algumas vezes para ter certeza de que era real”, disse Nicolas Alvarez, coautor do estudo e engenheiro da Universidade Drexel, em um comunicado. declaração. “Isso muda fundamentalmente nossa compreensão da dinâmica dos fluidos.”
Não é um problema de equipamento
A maneira elegante de descrever fraturas é referir-se ao equilíbrio entre a energia superficial e a liberação de energia elástica que resulta em uma nova interface. Mais simplesmente, as fraturas aparecem quando a energia liberada por um material excede a energia necessária para criar uma nova superfície. Esta é uma característica definidora que “define os sólidos”, mas não os líquidos, que “cedem e fluem em vez de se deformarem elasticamente sob tensão”, de acordo com o artigo.
Os pesquisadores estavam inicialmente estudando esse comportamento de escoamento e fluidez em misturas de hidrocarbonetos semelhantes ao alcatrão. O que eles esperavam ver era algo como o “comportamento de desbaste prolongado, familiar a qualquer pessoa que colocou uma bola de mel em uma xícara de chá”, de acordo com o comunicado. Então eles ouviram o barulho.
“A fratura causou um estalo muito alto que realmente me assustou”, lembra Thamires Lima, principal autora do estudo e engenheira da Drexel. “A princípio pensei que a máquina tivesse quebrado, mas logo percebi que o barulho vinha do fluido de alongamento.”
Quebrando as rachaduras
Segundo Lima, o barulho fez com que a equipe se voltasse para “um empreendimento científico totalmente diferente”. Depois de verificarem que o ruído não era proveniente de nenhuma falha no equipamento, os pesquisadores elaboraram experimentos para verificar comportamento semelhante em líquidos com a mesma viscosidade dos hidrocarbonetos. Uma câmera de alta velocidade gravou cada sessão, dando à equipe uma visão detalhada de como as coisas se desenrolaram.
Curiosamente, os líquidos mostraram um padrão consistente de alongamento até atingirem um ponto de “tensão crítica”, no qual simplesmente se partiram ao meio. Esse limite media até 2 megapascais, o que equivale à “tensão que você sentiria de forma desagradável se empurrasse um saco de roupa suja contendo 10 tijolos de uma borda e o cordão ficasse preso na unha”, explicaram.
Este padrão persistiu mesmo quando as mudanças de temperatura ajustaram a viscosidade, relatou a equipe. A fratura do líquido permaneceu proporcional a 2 megapascais até que a viscosidade de cada amostra caiu o suficiente para que o equipamento, que tem capacidade de estiramento limitada, não fosse capaz de esticá-la ainda mais.
O ponto de ruptura de um líquido
As descobertas desafiam o consenso de que a fraturação é uma propriedade de elasticidadeou a capacidade de um material de reter tensão. Até agora, os cientistas acreditavam que a elasticidade se aplicava mais ou menos apenas a sólidos ou a líquidos resfriados o suficiente para que começassem a se tornar sólidos. Mas o novo estudo demonstra que líquidos simples com viscosidade suficiente são “suficientes para promover um comportamento de fratura semelhante ao sólido”, disse Lima.
Em seguida, os investigadores planeiam identificar os mecanismos físicos precisos por detrás da sua descoberta inesperada. Uma hipótese é cavitaçãoque se refere à rápida formação e colapso de ondas de choque de bolhas de vapor dentro de líquidos.
Mais importante ainda, a equipe acredita que o mecanismo é geral o suficiente para ser aplicado a outros líquidos simples. Se for verdade, isso ofereceria novos insights para engenheiros que manipulam líquidos “em tudo, desde hidráulica a impressoras 3D e vasos sanguíneos”, disse a equipe.
