No século 16, Leonardo da Vinci descreveu pela primeira vez um fenômeno fascinante envolvendo a água que mais tarde ficou conhecido como o salto hidráulico. E apenas cinco séculos depois, os cientistas finalmente explicaram por que isso acontece.
Esse salto não é uma propriedade obscura que só é visível para os cientistas. Você realmente só precisa entrar em sua cozinha ou entrar no chuveiro para vê-lo.
Se você abrir uma torneira, observe o que acontece quando a água atinge a superfície da pia. Cria uma camada circular de água muito fina e de fluxo rápido, cercada por um anel concêntrico mais espesso de água turbulenta. Um salto hidráulico refere-se ao ponto em que a água sobe e forma a camada mais espessa.
A partir de 1819, com o matemático italiano Giorgio Bidone, muitos pesquisadores tentaram explicar o que faz a água pular dessa maneira. Mas todas as explicações e equações até agora se apoiaram na gravidade como a principal força, disse o principal autor Rajesh K. Bhagat, um candidato a doutorado no departamento de engenharia química e biotecnologia da Universidade de Cambridge, na Inglaterra.
Para descartar a gravidade, Bhagat e sua equipe realizaram um experimento simples. Eles atingem uma superfície plana e horizontal com um jato de água para criar um simples salto hidráulico - o mesmo tipo que você veria se ligasse a água na pia da cozinha. Mas então, eles inclinaram a superfície de várias maneiras: verticalmente, em um ângulo de 45 graus e horizontalmente - para que, finalmente, o jato de água atingisse uma superfície que se tornasse um teto. Para capturar o salto inicial, eles gravaram o que aconteceu com as câmeras de alta velocidade.
Em todos os casos, o salto hidráulico aconteceu no mesmo ponto. Em outras palavras, a fina camada interna de movimento rápido era do mesmo tamanho, independentemente da orientação do avião. Se a gravidade tivesse causado os saltos, a água teria sido "distorcida" em qualquer um dos planos além do horizontal , Disse Bhagat. "Este experimento simples prova que é tudo menos gravidade."
A nova teoria não está abaixo da gravidade
Para estudar as outras forças que poderiam estar em jogo, os pesquisadores variaram a viscosidade do fluxo de água - uma medida de quanto ele pode resistir ao fluxo - misturando-o com glicerol, um tipo de álcool com tensão superficial semelhante à da água, mas isso é 1.000 vezes mais viscoso do que a água.
Eles também mantiveram a viscosidade constante e reduziram a tensão superficial - a força atraente que mantém as moléculas líquidas juntas na superfície - misturando um ingrediente comum no detergente chamado dodecil benzeno sulfonato de sódio (SDBS). Finalmente, eles variaram a viscosidade e a tensão superficial misturando água e propanol, outro tipo de álcool, de modo que a solução era 25% mais viscosa que a água pura, mas teve uma tensão superficial três vezes mais fraca.
Isso permitiu que os pesquisadores isolassem a influência de cada força, disse ao Live Science o autor sênior Ian Wilson, professor de sólidos e superfícies macios, também da Universidade de Cambridge.
A questão é ser "capaz de prever onde começa essa transição entre um filme fino e um filme espesso", disse Wilson. Muitas das teorias anteriores não podiam fazer isso, porque a localização do salto hidráulico muda quando a camada grossa atinge algum tipo de borda, como a borda da pia.
O salto ocorre no local em que as forças da tensão superficial e da viscosidade se somam e equilibram o momento do jato líquido, descobriram os autores.
Saber onde esse salto ocorre pela primeira vez pode ter aplicações na indústria, disse Wilson. A camada fina que se forma antes do salto carrega muito mais força do que a camada mais espessa, tornando a área mais fina mais eficiente na transferência de calor.
Jatos de água de alta velocidade são usados em aplicações industriais, como limpeza no processamento de leite e resfriamento de pás de turbinas de aeronaves ou semicondutores de silício, disse Bhagat. Muitas vezes, nessas aplicações, jatos de água intermitentes são mais eficientes, disse Wilson. Para melhorar a eficiência desses jatos intermitentes, você precisa prever onde os saltos hidráulicos iniciais ocorrem, disse ele.
