A compreensão da complicada dinâmica da razão pela qual o fluxo muda subitamente para um salpico começou com a simplificação do problema da física.
O ketchup é um dos molhos mais populares nos Estados Unidos da América, juntamente com a maionese, mas há um momento que enerva todos os seus apreciadores: tirar aqueles últimas gotas da embalagem, o que muitas vezes resulta em salpicos que podem, até estragar a roupa e motivar situações constrangedoras.
Mas será que podemos fazer alguma coisa a esse respeito? Callum Cuttle da Universidade de Oxford entende que sim. Juntamente com o seu colega, Chris MacMinn, conduziu uma série de experiências para identificar as forças em jogo e desenvolver um modelo teórico para a dispersão do ketchup.
Entre as descobertas mais interessantes estão: apertar a garrafa mais lentamente e duplicar o diâmetro da entrada da embalagem ajuda a evitar os salpicos. Existe também um limiar crítico onde o fluxo de ketchup passa subitamente de não salpicar para salpicar. Impressionante, não é?
Isaac Newton identificou as propriedades do que ele considerava um “líquido ideal“. Uma dessas propriedades é a viscosidade, definida vagamente como a quantidade de fricção/resistência que existe para fluir numa determinada substância. A fricção surge porque um líquido fluente é essencialmente uma série de camadas que deslizam umas sobre as outras. Quanto mais depressa uma camada desliza sobre outra, mais resistência existe, e quanto mais lentamente uma camada desliza sobre outra, menor é a resistência.
Mas nem todos os líquidos se comportam como o líquido ideal de Newton. No líquido ideal de Newton, a viscosidade depende largamente da temperatura e pressão: a água continuará a fluir – ou seja, agirá como água – independentemente de outras forças que atuem sobre ela, tais como serem agitadas ou misturadas. Num fluido não Newtoniano, a viscosidade muda em resposta a uma tensão aplicada ou a uma força de cisalhamento, passando assim a fronteira entre o comportamento líquido e sólido.
Os físicos gostam de chamar a isto uma “força de cisalhamento“: agitar uma chávena de água produz uma força de cisalhamento, e a tesoura de água para sair do caminho. A viscosidade permanece inalterada. Mas a viscosidade dos fluidos não-Newtonianos muda quando é aplicada uma força de cisalhamento.
O ketchup é um fluido não-Newtoniano. Sangue, iogurte, molho, lama, pudim e recheios de tarte são outros exemplos. Nem todos são exatamente iguais em termos de comportamento, mas nenhum deles adere à definição de Newton de um líquido ideal.
O ketchup, por exemplo, é composto por sólidos de tomate pulverizado e diluído em líquido, tornando-o mais “sólido mole” do que líquido, segundo Anthony Strickland da Universidade de Melbourne na Austrália. Os sólidos ligam-se para criar uma rede contínua, e é preciso ultrapassar a força dessa rede para que o ketchup flua tipicamente, batendo na garrafa. Uma vez que isso acontece, a viscosidade diminui, e quanto mais diminui, mais rápido o ketchup flui. Os cientistas da Heinz fixaram o caudal ideal ou ketchup a 0,0045 por hora.
Quando resta apenas um pouco de ketchup na embalagem, é necessário bater com muito mais força, aumentando assim o risco de salpicos. “Quando se chega ao fim, muito do que está dentro é ar”, disse Cuttle. “Assim, quando se aperta, o que se está a fazer é comprimir ar dentro da garrafa, o que aumenta a pressão que arrasta o [ketchup] para fora”.
A entrada do recipiente fornece uma força de arrastamento viscosa que contraria o fluxo viscoso do ketchup, e o equilíbrio entre eles determina a taxa de fluxo. À medida que a garrafa esvazia, a viscosidade diminui porque há cada vez menos ketchup a empurrar. E a saída de líquido significa que há cada vez mais espaço para o ar se expandir dentro da garrafa, diminuindo a força motriz ao longo do tempo.
Cuttle e MacMinn criaram um análogo de uma garrafa de ketchup, enchendo seringas com ketchup e depois injetando diferentes quantidades de ar (de 0 a quatro mililitros) a taxas de compressão fixas para ver como a alteração da quantidade de ar afectava a taxa de fluxo e se o ketchup se espalhava. Repetiram as experiências com seringas cheias de óleo de silicone, a fim de controlar melhor a viscosidade e outras variáveis chave.
Uma dica útil dos cientistas parece ser apertar mais lentamente, reduzindo assim a velocidade a que o ar é comprimido. Alargar o diâmetro do bico ajudaria ainda mais, uma vez que a válvula de borracha no bico pode aumentar o risco. É certo que as válvulas ajudam a evitar os salpicos, mas também forçam a acumular uma certa pressão para que o ketchup comece a fluir da garrafa. O Cuttle recomenda apenas tirar a tampa da garrafa quando esta estiver quase vazia como um hack prático-
“É senso comum, mas agora existe uma explicação matemática rigorosa para o apoiar”, disse Cuttle. “E um gás a empurrar um líquido para fora do caminho é algo que acontece em muitos outros contextos”.
