Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Tóquio resolveram um enigma científico de longa data para revelar a verdadeira causa da drenagem de líquidos da espuma. Os modelos físicos tradicionais superestimaram consistentemente a altura que uma espuma deve ter antes que o líquido comece a emergir. Ao observar de perto o comportamento da espuma, a equipe descobriu que o fator chave não é simplesmente mover o líquido através de uma determinada estrutura, mas a pressão necessária para reorganizar as bolhas. Esta descoberta enfatiza a importância dos processos dinâmicos no estudo de materiais macios.
Qualquer pessoa que tenha borrifado espuma em uma superfície provavelmente notou gotículas se formando e pingando por baixo. Isso acontece porque a espuma é composta de bolhas compactadas, separadas por finas películas líquidas, que criam uma rede complexa de caminhos. O fluido pode passar por essas passagens, drenando ou sendo absorvido pela espuma ao entrar em contato com ela. Os cientistas há muito acreditam que esse processo é controlado pelo “limite de absorção”, que depende da “pressão osmótica”, quando as bolhas são comprimidas, e a área de contato entre a transferência de líquido e gás é uma medida da mudança de energia.
Por que o modelo antigo não corresponde à realidade
No entanto, esta interpretação não correspondeu ao que os investigadores observaram na vida real. Cálculos baseados na pressão osmótica sugerem que a espuma deve ter cerca de um metro de altura antes de começar a drenagem do líquido. Na prática, espumas com até algumas dezenas de centímetros de altura podem vazar facilmente. Esta lacuna entre a teoria e a realidade tem intrigado os cientistas há anos. Como as espumas são amplamente utilizadas em produtos que vão desde soluções de limpeza até produtos farmacêuticos, é essencial compreender como se comportam para melhorar o seu desempenho, como criar espumas que resistam à drenagem.
Experimentos revelam um padrão universal
A equipe de pesquisa, liderada pelo professor Rei Kurita, estudou sistemas simples de espuma feitos com diferentes surfactantes para produzir diferentes tipos de espuma. Eles colocaram essas espumas em placas transparentes e as mantiveram em pé, permitindo a observação direta de como o líquido se movia em seu interior. Seus experimentos revelaram um padrão consistente: a altura em que a drenagem começa está inversamente relacionada ao conteúdo líquido da espuma, independentemente do tipo de surfactante ou do tamanho da bolha. Eles também calcularam uma “pressão osmótica efetiva” para esse processo, que acabou sendo muito menor do que o previsto com base apenas no tamanho da bolha e na tensão superficial.
O movimento da bolha provoca vazamento de espuma
Para entender melhor o que estava acontecendo, os pesquisadores gravaram um vídeo dentro da espuma. No ponto onde começa a drenagem, observaram que o fluido não flui simplesmente pelo canal fixo. Em vez disso, isso fez com que as bolhas migrassem e se reorganizassem. Isto os levou a identificar a “tensão de rendimento”, que é a quantidade de pressão necessária para fazer com que as bolhas se movessem e se reformassem, como o fator de controle. Seu modelo, baseado neste conceito, prevê com precisão a altura da espuma na qual ocorre a drenagem.
Uma nova maneira de entender os materiais macios
Essas descobertas mudam a forma como os cientistas pensam sobre a extração de espuma. Em vez de ver a espuma como uma estrutura estática com fluido fluindo através dela, ela deveria ser vista como um sistema dinâmico onde a própria estrutura pode mudar. Os pesquisadores esperam que esta nova perspectiva leve a insights mais profundos sobre materiais macios e ajude a orientar o design de produtos avançados à base de espuma.
Este trabalho foi apoiado pela concessão JSPS KAKENHI número 20H01874.
