Um aluno de bacharel da EPFL – École polytechnique fédérale de Lausanne – Suíça, resolveu um mistério que intriga os cientistas há 100 anos. Ele descobriu por que as bolhas de gás em tubos verticais estreitos parecem permanecer presos em vez de subir. De acordo com suas pesquisas e observações, um filme ultra-fino de líquido se forma ao redor da bolha, impedindo que ela suba livremente. E ele descobriu que, de fato, as bolhas não estão presas – elas estão apenas se movendo muito, muito lentamente.
Bolhas de ar em um copo de água flutuam livremente até a superfície, e os mecanismos por trás disso são facilmente explicados pelas leis básicas da ciência. No entanto, as mesmas leis da ciência não conseguem explicar por que as bolhas de ar em um tubo de alguns milímetros de espessura não se elevam da mesma maneira.
Os físicos observaram esse fenômeno pela primeira vez há quase um século, mas não conseguiram encontrar uma explicação – em teoria, as bolhas não deveriam encontrar resistência a menos que o fluido estivesse em movimento; assim, uma bolha presa não deve encontrar resistência.
Na década de 1960, um cientista chamado Bretherton desenvolveu uma fórmula baseada na forma das bolhas para explicar esse fenômeno. Outros pesquisadores postularam que a bolha não sobe devido a uma fina película de líquido que se forma entre as bolhas e a parede do tubo. Mas essas teorias não podem explicar completamente por que as bolhas não sobem.
Enquanto estudante de Bacharel no laboratório de Mecânica de Mecânica das Interfaces Macias (EMSI) da Escola de Engenharia da EPFL, Wassim Dhaouadi foi capaz de não apenas ver o filme fino de líquido, mas também medi-lo e descrever suas propriedades – algo que nunca havia sido feito antes. Suas descobertas mostraram que as bolhas não estavam presas, como os cientistas pensavam anteriormente, mas na verdade se movendo para cima extremamente devagar. A pesquisa de Dhaouadi, publicada recentemente no Physical Review Fluids, marcou a primeira vez que evidências experimentais foram fornecidas para testar teorias anteriores.
Dhaouadi e o chefe do laboratório da EMSI, John Kolinski, usaram um método de interferência óptica para medir o filme, que eles descobriram ter apenas algumas dezenas de nanômetros (1 x 10-9 metros) de espessura. O método envolveu direcionar a luz para uma bolha de ar dentro de um tubo estreito e analisar a intensidade da luz refletida. Usando a interferência da luz refletida na parede interna do tubo e na superfície da bolha, eles mediram com precisão a espessura do filme.
Dhaouadi também descobriu que o filme muda de forma se o calor é aplicado à bolha e retorna à sua forma original assim que o calor é removido. “Essa descoberta refuta as teorias mais recentes de que o filme seria drenado até a espessura zero”, diz John Kolinski.
Essas medidas também mostram que as bolhas estão realmente se movendo, embora muito lentamente para serem vistas pelo olho humano. “Como o filme entre a bolha e o tubo é muito fino, cria uma forte resistência ao fluxo, retardando drasticamente o aumento das bolhas”, segundo Kolinski.
Esses achados estão relacionados à pesquisa fundamental, mas podem ser usados ??para estudar a mecânica dos fluidos em escala nanométrica, especialmente para sistemas biológicos.
Dhaouadi ingressou no laboratório como assistente de pesquisa de verão durante seu bacharelado. Ele progrediu rapidamente e continuou o trabalho por sua própria vontade. “Ele basicamente participou de seu interesse na pesquisa e acabou publicando um artigo de seu trabalho que traz um quebra-cabeça de séculos”, diz Kolinski.
“Fiquei feliz em realizar um projeto de pesquisa no início do meu currículo. É uma nova maneira de pensar e aprender e era bem diferente de um trabalho de casa onde você sabe que há uma solução, embora possa ser difícil de encontrar. No início, Não sabíamos se haveria uma solução para esse problema. “, Diz Dhaouadi, que agora está concluindo o mestrado na ETH de Zurique. Kolinski acrescenta: “Wassim fez uma descoberta excepcional em nosso laboratório. Ficamos felizes em tê-lo trabalhando conosco”.
Publicado em 03/12/2019
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