Os cientistas usaram câmeras de alta velocidade para capturar o momento em que as gotículas de líquido se combinam, fornecendo um vislumbre único e sobrenatural da dinâmica de fluidos que o olho humano não pode observar por si próprio.
Usando uma configuração experimental envolvendo duas câmeras de alta velocidade sincronizadas – uma fotografada de lado e outra olhando para cima (cortesia de um espelho inclinado sob uma lâmina de vidro) – os pesquisadores puderam estudar a interação de duas gotículas separadas, como pêndulo azul tingido conectado a uma gota clara que ainda está na superfície do vidro.
“No passado, houve casos em que duas gotículas impactam e você ficou se perguntando se elas se misturaram ou se uma gotícula acabou de passar pela outra”, diz o pesquisador de mecânica de fluidos Alfonso Castrejón-Pita, da Universidade de Oxford.
“Ter duas câmeras gravando a interação de gotículas de diferentes pontos de vista responde a essa pergunta.”
Nas imagens capturadas, você pode ver a gota azul – pingada de uma bomba suspensa acima do escorregador – passando por cima da gota transparente como um cobertor, criando um jato de superfície que se forma em menos de 15 milissegundos (15 milésimos de segundo) após o par se fundir.
A imagem gravada da câmera ao lado mostra que a gota azul está em cima da gota transparente, com a tensão superficial impedindo que a mistura aconteça.
“Dada a separação lateral suficiente entre gotículas de tensão superficial idêntica, um jato de superfície robusto é identificado no topo da gotícula coalescente”, explica a equipe de pesquisa, liderada pelo primeiro autor Thomas C. Sykes, da Universidade de Leeds.
“O processamento da imagem mostra que este jato é o resultado de um fluxo superficial causado pela inércia do impacto e uma linha de contato imóvel”.
Mas duas gotículas nem sempre se tornam uma gota exatamente da mesma maneira. O jato de superfície criado nesse tipo de evento pode ser aprimorado ou até suprimido, dependendo das manipulações da tensão superficial. Este é um exemplo de um fenômeno chamado efeito Marangoni, que afeta a transferência de massa ao longo de uma interface entre dois fluidos.
Além de ser bonito de se assistir, entender a dinâmica dos fluidos em funcionamento aqui pode levar a novos avanços no campo da impressão 3D, ajudando-nos a aprender como os produtos químicos globulares reagirão quando forem deixados cair pela impressora um ao lado do outro.
Obviamente, você precisa de imagens bastante sofisticadas para capturar esse minuto coalescendo à medida que acontece – um feito tornado possível aqui por câmeras operando em até 25.000 quadros por segundo.
“As técnicas de imagem desenvolvidas abriram uma nova janela sobre a tecnologia de gotículas”, explica o engenheiro mecânico Mark Wilson, da Universidade de Leeds.
“Conseguimos expor os fluxos internos, enquanto criamos imagens a uma velocidade suficiente para capturar a dinâmica rápida”.
Os resultados são relatados no Physical Review Fluids.
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