Resolvido o mistério escondido na fusão de gotas de água

Uma equipa de físicos e matemáticos britânicos usou um supercomputador para descobrir a verdade oculta na forma como as gotas de água se fundem e se unem.

Se já viu gotículas de água tocarem-se e fundirem, pode ter imaginado duas pequenas bolas de água a aproximar-se cada vez mais, até que as suas superfícies se sobrepusessem e a tensão superficial juntasse as bolas distintas num único e áspero todo. É o que é visível a olho nu.

Mas uma nova simulação com recurso a um supercomputador, publicado em 13 de março na revista Physical Review Letters, mostra uma imagem muito mais complicada.

A simulação modelou duas gotículas de tamanho igual de água pura no espaço, até ao nível de moléculas de água individuais. Quando as gotículas se aproximaram, os cientistas encontraram pequenas ondas ultra-rápidas formadas nas superfícies das gotículas.

Os movimentos aleatórios das moléculas de água – chamados “flutuações térmicas” – fizeram as moléculas individuais saltarem e dançarem uma na direção da outra à medida que se aproximavam.

Os investigadores chamam a este efeito ondulatório de superfície, que resulta das flutuações térmicas das moléculas, “ondas capilares térmicas”. As ondulações são muito pequenas e rápidas, neste caso, para ver numa experiência natural.

Mas a simulação mostrou que as ondas se estendem entre si, formando a ponta das gotas de água próximas. A tensão superficial das gotículas suprime as ondas, mas ainda estão presentes e ainda formam a borda de ataque das gotículas quando se aproximam umas das outras.

Os investigadores descobriram que as ondas se tocam, formando pontes entre as gotículas. Quando uma ponte se forma, a tensão superficial começa a trabalhar, selando mais ondulações “como o fecho de um casaco”.

Os investigadores simularam cerca de cinco milhões de moléculas de água, formando duas gotas de cerca de quatro milímetros de largura. A fusão completa acabou em alguns nanossegundos – demasiado rápido para qualquer câmara humana capturar.

Embora tenham simulado duas gotículas flutuando no espaço, um efeito semelhante provavelmente está a acontecer quando duas gotas se fundem numa superfície plana. Entender esse comportamento é importante porque poderia ajudar a explicar o comportamento da água dentro das nuvens e dentro das máquinas projetadas para condensar a água do ar.

 

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