May 8, 2008

Como as coisas se molham?

A relação entre um fino filme líquido ou uma gota e a forma da superfície que se molha é explicada com uma nova e simples fórmula matemática publicada recentemente na revista Physical Review Letters.

Entender de forma precisa a interação entre líquidos e superfícies é importante em várias áreas, incluindo a indústria química e novas nano-tecnologias.

A nova fórmula matemática é usada para explicar como a relação entre o líquido e a superfície muda conforme estas interagem (em outras palavras, se molham - irrrc!). Todas as formulações anteriores falharam ao tentar explicar os experimentos conduzidos nesta área, algo extremamente complicado e de alto teor técnico.

O Prof. Andrew Parry, do departamento de matemática do Imperial College de Londres, autor deste novo artigo propôs e testou uma nova forma de explicar este processo. Sua fórmula leva em conta as flutuações e interações da gota entre a superfície sólida e o ar que fica sobre a última, fato que nunca tinha sido considerado.

"Todas as descrições anteriores ignoram ou interpretam incorretamente estas interações e, consequentemente, obtiam comportamentes estranhos em comparação com dados experimentais ou simulações computacionais. Esta nova formulação parece explicar todos estes problemas e situações.", disse o Prof. Parry.
O estudo da molhabilidade foca o processo no qual um líquido torna a superfície completamente "molhada", assim como ocorre quando um copo de água é despejado sobre uma superfície de vidro. Contudo, não é sempre que os líquidos molham a superfície completamente e gotas podem se formar na superfície. Exemplo disso ocorre em água despejada em um material encerado.

Os cientistas sabem que se a temperatura aumenta, estas gotas irão gradualmente se espalhar até que a superfície esteja completamente "molhada". O processo exato de como esta transição ocorre vem sendo debatido por físicos há 25 anos.

Em CFD, essa molhabilidade está relacionada com uma condição de contorno bem especial aplicada à superfície. Ela define, usualmente através do equilíbrio de forças, o ângulo de contato entre as bordas (ou pontas) da gota e a superfície. Veja abaixo:

Normalmente, essa condição de contorno é aplicada em simulações de acompanhamento de frente livre, que usam a abordagem multifásica VOF (Volume of Fluid). Quanto menor o ângulo de contato, mais a gota "se espalha" sobre a superfície e maior a molhabilidade.

Legal, não? Você já usou esse tipo de condição de contorno? Comente!

Artigo original publicado na Science Daily - How Things Get Wet.

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