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Física por trás dos castelos de areia comprova teoria de 150 anos

Construir castelos de areia na praia é uma tradição consagrada pelo tempo em todo o mundo. Recentemente, ajudou uma equipa de investigadores a resolver um mistério de 150 anos: a equação de Kelvin.

Uma equipa de cientistas da Universidade de Manchester, no Reino Unido, liderada pelo Prémio Nobel de Física Andre Geim, conseguiu resolver um mistério de 150 anos que está por trás de um fenómeno natural que ajuda na construção de castelos de areia.

Segundo o SciTechDaily, os investidores conseguiram desmistificar, em laboratório, o microscópico processo de condensação capilar. As conclusões desta equipa provam que Lord Kelvin, um dos grandes pioneiros da Física, estava certo e errado ao mesmo tempo.

Sendo a condensação capilar um fenómeno fundamentalmente microscópico que envolve algumas camadas moleculares de água, por que motivo pode ser descrita usando equações macroscópicas e características macroscópicas da água em massa? O estudo, publicado em dezembro na Nature, responde a esta questão.

A condensação capilar é um fenómeno omnipresente que influencia propriedades importantes como a fricção, a adesão, o atrito, a lubrificação e a corrosão. Além disso, é importante em muitos processos tecnológicos usados na microeletrónica, indústria farmacêutica, alimentícia e outras.

Aliás, “nem os castelos de areia poderiam ser construídos se não fosse pela condensação capilar”, explicou Andre Geim.

Mesmo no interior de materiais porosos ou entre superfícies em contacto, o vapor de água condensa-se espontaneamente. No caso dos castelos de areia, a água serve como uma espécie de cola que mantém os grãos juntos, através de forças capilares. Este fenómeno também acontece quando as camadas de água são compostas por poucas moléculas.

Em 1871, o físico Lord Kelvin propôs a primeira descrição macroscópica aproximada da condensação capilar. A “equação de Kelvin” parecia funcionar razoavelmente bem numa escala microscópica, mas não havia qualquer evidência científica. Pelo menos, até agora.
Teoria de 150 anos

A equipa da universidade britânica criou capilares artificiais capazes de acomodar apenas uma camada de moléculas de água. O objetivo era descobrir de que forma um fenómeno fundamentalmente microscópico pode ser descrito usando equações macroscópicas e características macroscópicas da água em massa.

Em laboratório, os cientistas chegaram à conclusão de que a equação de Kelvin pode descrever a condensação capilar mesmo nos capilares mais pequenos – pelo menos, qualitativamente.

“Foi uma grande surpresa. Eu esperava um colapso completo da física convencional”, disse Qian Yang, principal autor do estudo. “A velha equação acabou por funcionar muito bem. Foi um pouco dececionante, mas também emocionante resolver este mistério centenário.”

fonte

















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