Inesperado: Líquidos podem se quebrar exatamente como os sólidos
[Imagem: Drexel University]
Líquidos podem se quebrar
Sólidos podem se quebrar, enquanto líquidos podem… bem, se derramar, no máximo pingar até acabar, certo?
Não exatamente.
Em um experimento que promete mudar nossa compreensão básica da mecânica dos fluidos, pesquisadores descobriram que é possível induzir um líquido simples a se fraturar como um objeto sólido – ele até emite um estalo quando se quebra.
Em outras palavras, Thamires Lima e colegas da Universidade Drexel, nos EUA, descobriram que os líquidos podem se romper repentinamente, efetivamente quebrando-se, quando são esticados com força suficiente.
“Nossos resultados mostram que, se submetido a uma força suficiente por área, um líquido simples – um líquido que flui – atingirá o que chamamos de ponto de ‘tensão crítica’, quando se fraturará como um sólido. E isso provavelmente se aplica a todos os líquidos simples, incluindo exemplos comuns, como água e óleo,” disse Thamires. “Isso muda fundamentalmente nossa compreensão da dinâmica dos fluidos.”
[Imagem: Drexel University]
Como fazer um líquido se quebrar
A descoberta inesperada aconteceu enquanto os pesquisadores faziam um teste de reologia extensional, uma medida da força necessária para fazer um líquido fluir – o material era um material viscoso, com consistência semelhante à do alcatrão.
Então, para surpresa geral, o líquido repentinamente estalou e se separou em duas partes – o líquido se quebrou, em vez de continuar em seu comportamento de afinamento gradual, como acontece quando colocamos uma colherada de mel em uma xícara de chá.
Gravar os testes subsequentes com uma câmera de alta velocidade permitiu observar um comportamento que normalmente ocorre quando um material sólido, como um pedaço de metal, é submetido a uma tensão mecânica acima do seu ponto de ruptura – em determinado ponto, o metal começa a se esticar, até atingir um ponto de tensão crítica, quando então se rompe repentinamente ao meio.
Acontece que esse fenômeno, conhecido como fratura frágil, ocorreu com um líquido, algo nunca observado antes.
[Imagem: Thamires A. Lima et al. – 10.1103/t2vy-32wr]
Viscosidade
O primeiro líquido que se fraturou era uma misturas de hidrocarbonetos semelhante ao alcatrão, que se fraturou sob uma tensão crítica de 2 megapascais – aproximadamente a força de tensão que você sentiria se empurrasse uns 10 tijolos janela abaixo e esses tijolos estivessem amarrados por um cordão à sua mão.
Mas outros líquidos testados também se fraturaram sob a mesma taxa de alongamento, indicando que a viscosidade desempenha um papel fundamental no comportamento de fratura dos líquidos, e que todos os líquidos simples podem ter o mesmo ponto de ruptura.
Isso foi confirmado quando a equipe repetiu os testes em uma série de temperaturas diferentes, para alterar a viscosidade dos líquidos. Para cada viscosidade, havia uma taxa de alongamento específica que induzia a fratura – sempre proporcional ao ponto de tensão crítica de 2 megapascais. Por fim, cada amostra atingiu uma viscosidade suficientemente baixa para que o equipamento de teste, que tinha uma taxa de alongamento limitada, não conseguisse rompê-la.
“Isso aponta para um fenômeno que é relativamente independente da química e possivelmente generalizável a uma ampla gama de líquidos,” disse Thamires.
A equipe planeja continuar explorando o fenômeno da fratura em líquidos para entender os mecanismos físicos que o produzem. Indícios iniciais sugerem que ele poderia estar relacionado à cavitação, uma reação de tensão que envolve a formação e o rápido colapso de bolhas de vapor, enviando ondas de choque através do líquido.
“Agora que relatamos esse comportamento inesperado, o trabalho de compreender completamente por que ele ocorre e como se manifesta em outros líquidos é um próximo passo importante,” disse a pesquisadora. “Também será interessante ver como essa descoberta pode ser aplicada para auxiliar a fiação de fibras e outras aplicações que utilizam líquidos viscosos.”