Discos fotoelásticos na capa da Physical Review Letters, em janeiro de 2007

Mistérios do Universo você encontra até mesmo quando coloca um monte de grãos de arroz e feijão em uma lata de óleo vazia. Meu ex-colega de graduação Ricardo Vêncio achou este artigo da Revista Brasileira de Ensino de Física com dicas de experimentos simples para fazer na cozinha de casa e observar fenômenos cuja explicação completa vale um Prêmio Nobel.

Um desses fenômenos é o “Brazil Nut Effect” (“efeito castanha-do-pará”). Quem come cereais no café-da-manhã talvez já reparou que nos sacos com cereais sortidos, as castanhas-do-pará estão em geral por cima dos grãos de aveia. Tente mexer e virar de cabeça para baixo o saco para embaralhar os cereais. Em seguida, chacoalhe o saco repetidamente e você vai ver as castanhas subindo até chegar a superfície. Veja uma simulação do efeito no YouTube.

Parece simples, mas de acordo com os autores do artigo:

Apesar do enorme progresso alcançado, a complexidade destes sistemas, onde às vezes é muito difícil repetir os resultados dos experimentos, faz com que ainda seja muito complicado modelar e prever em detalhes as conseqüências de situações novas.

Por exemplo, em determinadas circunstâncias os grãos grandes quando agitados não sobem à superfície, mas afundam. Este efeito é conhecido como ”Inverse Brazil Nut Problem” ou IBNP, em contraposição ao ”Brazil Nut Problem” ou BNP. Além do tamanho e da massa específica, outros fatores como amplitude e a freqüência das vibrações, as forças de atrito entre os grãos e com as paredes do recipiente, tamanho e geometria do recipiente, número de camadas de grãos e presença ou não de fluidos intersticiais podem produzir o BNP, o IBNP ou ainda nenhum dos dois.

Entender esses efeitos vale dinheiro para a indústria também. Não é à toa que os autores do artigo são pesquisadores da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos da USP. “Parcialmente devido a estas carências teóricas, algumas estimativas sugerem que 40% da capacidade industrial é gasta somente para transportar os grãos de uma parte da fábrica para outra”, eles escrevem.

Além de aumentar a eficiência, entender como os grãos se movem ou ficam parados pode evitar acidentes em silos de armazenamento de grãos. Os silos estouram de vez em quando porque, ao contrário de uma coluna de líquido–onde a pressão é uniforme em cada nível de altura da coluna, aumentando continuamente em direção a base (motivo pelo qual as parede de diques de represa são mais espessa perto do chão)–a pressão nas paredes e na base é irregular e imprevisível. Fuçando na rede, achei este relatório de 2007 endereçado às agências de fomento a pesquisa científica dos EUA, editado pela The National Academies Press, em que as pesquisas com grãos são listadas como prioridade.

Alguns experimentos usam grãos de materiais que mudam de cor dependendo da pressão que sofrem. São os chamados materiais fotoelásticos (você pode observar comportamento fotoelástico em alguns plásticos caseiros). Assim, ao observar uma pilha comprimida de grãos fotoelásticos, os pesquisadores podem ver como a pressão se distribui no espaço e muda com o tempo.

Ainda não te impressionei? Veja então que estranha esta imagem de um jato provocado pelo impacto de projétil em um meio granular com água.