Pesquisas sobre a resistência ao arrasto têm impulsionado avanços tecnológicos em aeronaves, veículos automotivos, embarcações e submarinos, além de aprimorar nossa compreensão dos fenômenos ambientais.
Um dos experimentos mais comuns e valiosos na área da dinâmica dos fluidos envolve a exposição de objetos a um fluxo constante de fluido, seja segurando-os no ar ou submergindo-os completamente, para quantificar a resistência ao arrasto.
Apesar de inúmeros estudos e laboratórios dedicados a esse tema, uma descoberta surpreendente recentemente demonstrada por Robert Hunt e sua equipe da Universidade Brown, nos EUA, revelou que ao considerar objetos parcialmente submersos em um canal de laboratório simulando um rio, feitos de materiais repelentes à água, o arrasto pode ser significativamente maior do que quando esses mesmos objetos estão completamente submersos, desafiando a intuição convencional.
Os experimentos revelaram que o arrasto sobre as esferas aumenta assim que entram em contato com a água, independentemente do nível de repelência à água do material das esferas. Em todas as ocasiões, o aumento no arrasto foi significativamente maior do que o previsto e continuou a aumentar à medida que as esferas eram submersas, diminuindo somente quando estavam completamente submersas.
O professor Daniel Harris explicou: “Existe um período intermediário em que as esferas ao entrar na água causam as maiores perturbações, resultando em um arrasto muito mais intenso do que se estivessem completamente submersas. Sabíamos que o arrasto aumentaria à medida que as esferas fossem abaixadas, pois elas obstruem uma porção maior do fluxo contínuo, mas o que nos surpreendeu foi o quão significativo esse aumento foi. Assim, à medida que você mergulha a esfera mais profundamente, o arrasto diminui novamente.”
Além disso, os experimentos destacaram a importância do nível de repelência à água de cada esfera nas forças de arrasto que elas enfrentam. No entanto, aqui está o aspecto ainda mais surpreendente:
O experimento envolveu três esferas com a mesma massa e diâmetro. Uma delas foi revestida com um material superhidrofóbico, tornando-a altamente repelente à água, enquanto as outras duas foram revestidas com materiais com níveis de repelência à água ligeiramente inferiores.
O resultado inesperado foi que a esfera com o revestimento superhidrofóbico experimentou um arrasto maior do que as outras duas esferas, o oposto do que se esperaria.
Hunt comentou: “Materiais superhidrofóbicos geralmente são considerados para reduzir o arrasto, mas, em nosso caso, descobrimos que, quando quase completamente submersas, as esferas superhidrofóbicas têm um arrasto muito maior do que aquelas feitas de materiais com repelência à água menos intensa. Ao tentar minimizar o arrasto, é possível, na verdade, aumentá-lo consideravelmente.”
Em direção às complexidades
Embora ainda não haja uma explicação definitiva para o fenômeno – e como tirar vantagem dele – a equipe tem uma suposição.
“A água não demonstra interesse nesta esfera superhidrofóbica, então faz de tudo para evitar a esfera,” sugere Harris. “Contudo, o que ocorre é que uma grande quantidade dela se acumula à frente da esfera, formando assim uma barreira de água que a esfera encontra. Intuitivamente, poder-se-ia pensar que a água deveria passar mais facilmente. Na realidade, a física conspira contra isso nesse cenário.”
Os pesquisadores optaram por utilizar esferas como os primeiros objetos tridimensionais devido à simplicidade de sua geometria. Elas possuem apenas uma dimensão característica – o raio. Portanto, a esfera serve como ponto de partida para simplificar a mecânica física aos seus princípios mais fundamentais, antes de abordar formas mais complexas, como navios ou submarinos.
“Começando a partir do ponto mais simples, investigamos a física neste contexto e, como próximo passo, pretendemos aplicar nosso conhecimento a estruturas mais realistas, seja imitando uma estrutura biológica ou examinando estruturas propulsivas criadas pelo homem,” afirmou Harris.
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