Físicos enxergam “universo” em gota d’água
Gotas d’água que levitam e giram pela força de campos eletromagnéticos podem ajudar a entender planetas, núcleos atômicos e até buracos negros. Até parece que, como canta o Chico, qualquer interação pode ser a gota d´água…
Quando giram rapidamente, as gotas criadas pelos físicos Richard Hill e Laurence Eaves, da Universidade de Nottingham (Reino Unido) se transformam em “amendoins” e triângulos.
A tecnologia que faz as gotas pararem no meio do ar é a mesma que fez um sapo levitar, em uma pesquisa ganhadora do infame Prêmio IgNobel, em 1997. Um campo magnético 10 vezes mais intenso que o de um imã de autofalante faz com que a água das gotas produza seu próprio campo magnético em reposta. “A força magnética [da água] contrabalança a força da gravidade em nível molecular, por todo o objeto”, explicou Hill. “Podemos investigar como as coisas se comportam no espaço, aqui no solo.”
Em “gravidade zero”, a gota que teria normalmente a forma de uma lágrima vira uma esfera perfeita. Se a gota começar a girar em torno de si mesma, porém, o equilíbrio entre a coesão das moléculas e a tendência da água de “escapar pela tangente”, faz a gota assumir o formato de um bola de futebol americano ou de uma melancia.
Cálculos teóricos feitos em 1980 sugeriam que à medida que girasse cada vez mais depressa, a gota-melancia assumiria a forma de um amendoim, depois a de um triângulo arredondado, podendo chegar até ao extremo da forma de uma rosquinha. Segundo os cálculos a forma triangular seria muito instável. Experimentos em órbita chegaram a ver de relance gotas triangulares, mas que logo se desmanchavam.
Agora, no conforto de seu laboratório bem aqui na Terra, Eaves e Hill fizeram gotas flutuantes girarem graças à força de correntes elétricas passando por um par de pequenos eletrodos nelas. Os pesquisadores gravaram vídeos das gotas com mais ou menos 1,5 cm de diâmetro, girando em várias velocidades, chegando até seis rotações por segundo. As gotas assumiram todas as formas previstas pela teoria, exceto a forma de rosquinha.
Eles ficaram surpresos ao verem que, diferente do previsto, suas gotas triangulares eram estáveis. Hill explica que, de alguma forma ainda desconhecida, pequenas ondas na superfície da gota provocadas por variações na corrente elétrica passando pelos eletrodos mantêm intacta a forma de triângulo. “Gostariámos de fazer mais estudos para investigar esse efeito”, disse.
Controlando essas ondas de superfície, os pesquisadores conseguiram também moldar as gotas girando, de modo a assumir as formas estáticas de um quadrado e um pentágono.
Veja as gotas girando neste vídeo, junto com outras experiências de levitação magnética do mesmo laboratório:
A dupla de físicos afirma, em seu artigo científico no periódico Physical Review Letters de 5 de dezembro, que estudar o comportamento dessas gotas pode ajudar a entender objetos criados por outros tipos de forças coesivas, como a força nuclear e a gravitacional, sugerindo que certos núcleos atômicos ou planetas girando tenham formas semelhantes as das gotas.
Vitor Cardoso, do Instituto Superior Técnico de Lisboa (Portugal), é um entusiasta dessa analogia. Ele explica que, se o universo tiver mais dimensões espaciais do que três, como sugere a cosmologia da teoria das supercordas, então as mesmas equações que descrevem as gotas líquidas servem para descrever buracos negros–regiões no espaço normalmente esféricas, onde a gravidade é tão forte que nada escapa de dentro. “Estamos a tentar compreender agora se buracos negros com forma de amendoim ou outras formas podem existir”, disse Cardoso.
Mais cauteloso é o astrônomo também português Pedro Lacerda, da Universidade do Havaí (EUA). Lacerda observa o brilho fraquíssimo de planetas anãos orbitando o Sol em uma região além de Plutão, chamada de cinturão de Kuiper. Lacerda explica que ali devem existem objetos em forma de amendoim. “Eles nem precisam de rodar muito depressa”, ele disse. “Têm é que termassa suficiente para que a sua forma seja moldada pela auto-gravidade e não pela força do material de que são feitos (gelo e poeira). Um bom exemplo é o objeto Haumea“.
Se a analogia com as gotas for válida, então talvez existam planetas anãos triangulares. “Seria muito interessante se os encontrasse”, disse Lacerda.
Quanto a comparar núcleos atômicos com gotas líquidas, a física Alinka Lépine, da Universidade de São Paulo, explica que certas propriedades do núcleo há muito tempo são explicadas dessa maneira. Se sabe, por exemplo, que núcleos que giram depressa têm forma de melancia. “Há evidências recentes que apontam para a existência de núcleos ainda mais deformados”, ela disse. Hill e Eaves sugerem que suas gotas possam ajudar a entender esses núcleos hiperdeformados.
Por enquanto, Hill conta que planeja continuar o experimento para ver se consegue produzir as outras formas, como a de rosquinha. “Se ela é alcançável, não sabemos, porém”, ele disse.
Figura 1: gota triangular girando três vezes por segundo.
Figura 2: Planeta anão Haumea, crédito: Wikimedia Commons
Figura 3: Gráfico das formas teoricamente possíveis de uma gota girando, em função de sua velocidade e momento angular. Extraído daqui.
Discussão - 6 comentários
Quando falaram em gota triangular imediatamente lembrei do experimento do ´batida de coração de mercúrio´.
http://jchemed.chem.wisc.edu/JCeSoft/CCA/CCA3/MAIN/HGHEART/PAGE1.HTM
(vídeo aqui > http://www.youtube.com/watch?v=0hxt6hd-wV0 )
Será que o formato tem alguma relação? É bem parecido.
http://en.wikipedia.org/wiki/Mercury_beating_heart
Uau, nunca tinha visto isso!
O que os dois experimentos têm em comum é a tensão superficial.
No caso das gotas de mercúrio, a reação química altera a intensidade da tensão superficial e por isso a gota muda de forma.
Mas no caso da gota girando, a tensão superficial não muda. É o puxa-puxa entre a tensão superficial e a força centrífuga que muda a forma da gota.
muito enteressante!por favor se tiver mais alguma coisa sobre o assunto pode pode enviar pra min.
obrigado!
eu queria saber tudo que vc possa dizer sobre a dilaçao da agua e como funciona. obrigada
muito bom !
Ual!