Quando parece que já percebemos como o Universo funciona, a física volta a surpreender: investigadores descobriram que líquidos simples podem ter pontos de rutura e, a partir daí, partem-se de forma súbita, tal como os sólidos.
Esta observação é relevante para a mecânica dos fluidos. Se um líquido for capaz de “estalar”, além de se alongar e escoar, isso pode ter impacto em áreas que vão desde a tecnologia de impressão 3D até aos sistemas biológicos no interior do nosso corpo.
Uma descoberta inesperada na mecânica dos fluidos
A constatação surgiu de forma inesperada num trabalho realizado por uma equipa da Drexel University, nos Estados Unidos, em parceria com a ExxonMobil. O objectivo inicial era avaliar como líquidos muito viscosos reagem quando sujeitos a forças elevadas - e, ao primeiro sinal, os investigadores chegaram a suspeitar de uma avaria no equipamento.
"A fratura provocou um estalido muito alto que me assustou mesmo", diz a engenheira química Thamires Lima, da Drexel University.
Para se certificarem de que não se tratava de um acaso, a equipa repetiu os ensaios várias vezes, de modo a confirmar a consistência dos resultados.
"O que observámos foi tão inesperado", afirma o engenheiro químico da Drexel University Nicolas Alvarez.
"Assim que confirmámos o fenómeno, a investigação passou a ser um esforço científico completamente diferente."
Como os líquidos foram testados entre placas metálicas
O arranjo experimental consistia em colocar o líquido entre duas placas metálicas, filmando tudo com uma câmara de alta velocidade, enquanto eram aplicadas diferentes forças. O primeiro “estalo” aconteceu quando o líquido foi traccionado com uma força comparável à de um saco de tijolos suspenso por uma área do tamanho de uma unha.
Esse comportamento foi observado, em primeiro lugar, numa mistura de hidrocarbonetos com aspecto de alcatrão. Mais tarde, os investigadores identificaram o mesmo ponto de rutura noutro líquido, um oligómero de estireno. Este também era espesso e semelhante a alcatrão, levando a equipa a concluir que a viscosidade (a forma como um líquido escoa) desempenha um papel importante.
Num líquido mais denso e viscoso, a tensão acumula-se de modo diferente do que acontece num líquido mais fluido e menos viscoso. A partir destes testes, os líquidos mais espessos conseguem fissurar mesmo quando são puxados mais lentamente - porém, a força necessária parece manter-se a mesma, independentemente da viscosidade em causa.
Já se sabia que os líquidos podiam fissurar se fossem suficientemente arrefecidos ou se fossem misturados de forma a adquirir propriedades adequadas; ainda assim, esta observação é nova. A equipa considera que o fenómeno deverá estender-se a outros líquidos para além dos que foram ensaiados.
"Os nossos resultados mostram que, se for separado com força suficiente por unidade de área, um líquido simples - um líquido que escoa - atingirá aquilo a que chamamos um ponto de 'tensão crítica', no qual fraturará efectivamente como um sólido", diz Lima.
"E isto é provavelmente verdade para todos os líquidos simples, incluindo exemplos comuns, como a água e o óleo."
Cavitação: uma possível explicação para a fratura
Um dos próximos temas a explorar é a mecânica por detrás desta rutura. A equipa observou que, depois de iniciadas, as fissuras se propagavam muito rapidamente, a uma velocidade de 500–1,500 metros por segundo.
Esta velocidade de fratura é compatível com a cavitação, um fenómeno discutido teoricamente há décadas. A hipótese é que, sob tensão suficiente, pode formar-se uma minúscula bolha de vácuo no interior do líquido, o que acaba por ajudar a rasgá-lo.
Como os ensaios demonstraram, o processo ocorre tão depressa que será difícil observá-lo com detalhe. Contudo, agora que existe evidência sólida de que isto acontece, os cientistas passam a dispor de mais elementos para avançar.
Aplicações e próximos passos fora do laboratório
Outro ponto a investigar é de que modo estas fraturas poderão surgir noutros líquidos e fora de condições laboratoriais tão controladas. A equipa refere duas aplicações práticas onde estes resultados podem ser valiosos: a impressão por jato de tinta e a robótica suave.
À medida que os métodos científicos e os instrumentos de investigação evoluem, os líquidos continuam a revelar propriedades escondidas e física interna - e é provável que ainda haja muito mais por descobrir.
"Agora que relatámos este comportamento inesperado, compreender plenamente por que acontece e como se manifesta noutros líquidos é um importante próximo passo", diz Lima.
"Também será interessante ver como esta descoberta pode ser aplicada para ajudar a fiação de fibras e outras aplicações que utilizam líquidos viscosos."
A investigação foi publicada na Physical Review Letters.
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