Os cientistas projetaram e analisaram experimentos com gotículas de água que foram conduzidos na Estação Espacial Internacional.
Compreender como as gotículas de água se espalham e coalescem é essencial para cenários da vida cotidiana, como gotas de chuva caindo de carros, aviões e telhados, e para aplicações em geração de energia, engenharia aeroespacial e adesão de células em microescala. No entanto, esses fenômenos são difíceis de modelar e desafiadores de observar experimentalmente.
Em Physics of Fluids, da AIP Publishing, pesquisadores da Cornell University e da Clemson University projetaram e analisaram experimentos com gotículas que foram feitos na Estação Espacial Internacional (ISS).
As gotas geralmente aparecem como pequenas calotas esféricas de água porque sua tensão superficial excede a gravidade.
“Se as gotas ficam muito maiores, elas começam a perder sua forma esférica e a gravidade as espreme em algo mais parecido com poças”, disse o autor Josh McCraney, da Cornell University. “Se quisermos analisar gotas na Terra, precisamos fazê-lo em uma escala muito pequena.”
Mas em pequenas escalas, a dinâmica das gotículas é muito rápida para ser observada. Daí o ISS. A menor gravidade no espaço significa que a equipe pode investigar gotículas maiores, movendo-se de alguns milímetros de diâmetro para 10 vezes esse comprimento.
Os pesquisadores enviaram quatro superfícies diferentes com várias propriedades de rugosidade para a ISS, onde foram montadas em uma mesa de laboratório. As câmeras registraram as gotículas conforme elas se espalhavam e se fundiam.
“Os astronautas da NASA Kathleen Rubins e Michael Hopkins depositariam uma única gota do tamanho desejado em um local central na superfície. Esta queda está perto, mas não toca, uma pequena vigia pré-perfurada na superfície”, disse McCraney. “O astronauta então injetou água pela vigia, que coleta e essencialmente faz crescer uma gota adjacente. A injeção continua até que as duas gotas se toquem, ponto em que elas se fundem.”
Os experimentos tiveram como objetivo testar o modelo Davis-Hocking, uma forma simples de simular gotas. Se uma gota de água repousa sobre uma superfície, parte dela toca o ar e cria uma interface, enquanto a seção em contato com a superfície forma uma borda ou linha de contato. O modelo Davis-Hocking descreve a equação para a linha de contato. Os resultados experimentais confirmaram e expandiram o espaço de parâmetros do modelo de Davis-Hocking.
Como o principal investigador original do projeto, o falecido professor Paul Steen, da Cornell University, concedeu bolsas, viajou para colaboradores em todo o mundo, treinou estudantes de doutorado e analisou meticulosamente estudos terrestres relacionados, tudo com o desejo de ver seu trabalho conduzido com sucesso a bordo da ISS. Tragicamente, Steen morreu apenas alguns meses antes de seus experimentos serem lançados.
“Embora seja trágico que ele não esteja aqui para ver os resultados, esperamos que este trabalho deixe ele e sua família orgulhosos”, disse McCraney.
Publicado em 02/01/2023 21h32
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