Se você derramar água de uma garrafa, o fluxo de líquido geralmente adotará uma estrutura semelhante a uma corrente. A física por trás deste curioso fenómeno tem sido calorosamente debatida há mais de um século, mas agora este mistério pode ter sido resolvido por experiências feitas por Antoine Deblais, Daniel Bonn e Daniel Jordan na Universidade de Amsterdã e Neil Ribe na Universidade de Paris-Saclay.
Quando um jato de líquido cai de um bocal não circular, ele pode formar uma onda de seções de líquido largas, achatadas e uniformemente espaçadas, que são orientadas alternadamente a 90° entre si. Essas seções são separadas por elos mais finos de líquido – fazendo com que a estrutura se assemelhe a uma corrente (veja a figura).
No centro do efeito está o perfil não cilíndrico do jato à medida que ele emerge. Para minimizar a tensão superficial, o jato tenta se tornar um cilindro, mas esse movimento ultrapassa e resulta em uma oscilação no formato do perfil.
No entanto, há um desacordo de longa data entre duas teorias que descrevem como essas oscilações ocorrem. Uma teoria foi apresentada por Lord Rayleigh em 1879 e depois modificada por Niels Bohr em 1909. A teoria de Rayleigh descreve a oscilação como um efeito linear, enquanto a teoria de Bohr introduz efeitos não lineares que diminuem a frequência das oscilações à medida que sua amplitude aumenta.
Bohr vence
Até agora, nenhuma experiência determinou qual destas teorias oferece uma descrição mais precisa. Para resolver esse problema, a equipe de Deblais projetou uma série de 12 bicos elípticos com tamanhos e excentricidades variados. Em seguida, eles mediram as frequências e amplitudes das estruturas em cadeia que se formaram à medida que despejavam água através dos bicos em taxas de fluxo variadas. Embora os padrões observados discordassem ligeiramente das previsões de Rayleigh, eles se alinharam mais fortemente com a teoria de Bohr.
Padrões ocultos encontrados na superfície da água
Com base nos seus resultados, Deblais e colegas construíram simulações numéricas de oscilações da cadeia líquida – mais uma vez, encontrando uma forte concordância com as previsões de Bohr. Os seus resultados também ajudam a explicar porque é que a superfície de cada jacto ficou ondulada durante as suas experiências – outra característica interessante dos jactos de água do dia-a-dia. A equipe espera agora estender os experimentos e simulações para considerar outros líquidos além da água, bem como bicos com formatos mais complexos.
Agora que uma teoria básica foi estabelecida, experimentos futuros poderão oferecer insights úteis em uma ampla gama de aplicações onde os líquidos são disparados a partir de bicos elípticos, incluindo impressão a jato de tinta e metalurgia. Mais pesquisas também poderiam levar a novas técnicas para aumentar a eficiência da combustão, suprimir o ruído ou melhorar o controle dos propulsores. Noutras áreas, as descobertas poderão ajudar os investigadores a compreender melhor o surgimento e o possível tratamento de certos problemas médicos, incluindo doenças urológicas.
A pesquisa é descrita em Fluidos de revisão física.
