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A levitação autossustentável de gotículas milimétricas foi descoberta recentemente por pesquisadores da Tyumen State University, na Rússia, durante um experimento para selecionar combinações de líquidos imiscíveis, que não formam misturas homogêneas.
Os pesquisadores Natalia Ivanova e Denis Klyuev perceberam algo surpreendente acontecer: gotas de álcool butílico, após serem destacadas da agulha da seringa, levitavam sobre a superfície da camada de outro líquido sem colapsar sobre ele por um longo período de tempo.
Em Letras de Física Aplicadada AIP Publishing, eles relatam alcançar a levitação autossustentável e de longo prazo de gotículas de tamanho milimétrico de vários líquidos diferentes – sem nenhuma força externa.
Como foi ver as gotas levitar? “Foi incrível”, disse Ivanova. “O fenômeno da não coalescência de gotículas com um líquido subjacente é bem conhecido. Mas sob condições naturais, uma gotícula levita sobre uma poça de líquido apenas um instante — milissegundos, no máximo. Testemunhamos uma gotícula continuar a levitar por dezenas de minutos.”
Para fazer as gotículas levitarem, eles usam a convecção solutocapilar dentro de uma piscina de silicone líquido. A convecção solutocapilar ocorre quando um gradiente de tensão superficial é formado pela distribuição não uniforme de moléculas de vapor da gota na superfície da poça.
“Às vezes, fenômenos interessantes e milagrosos estão bem na nossa frente e não os notamos”, disse Ivanova. “Ao nos concentrarmos em uma determinada tarefa, começamos a pensar ‘como um túnel’ até certo ponto e paramos de perceber abordagens alternativas para a solução de problemas.”
Normalmente, para manter as gotas levitando por um longo tempo – de segundos a um longo período – é necessário gerar continuamente excesso de pressão dentro de um espaço ultrafino entre uma gota e a superfície do líquido subjacente. Isso pode ser alcançado por meio de diferentes métodos, como o uso de vibrações para que uma gota aja como se estivesse pulando ou criando fluxos de ar dentro do espaço sob a gota.
“O último inclui rolar a gota sobre a superfície do líquido ou evaporar ativamente uma delas, por exemplo, aproveitando o efeito Leidenfrost”, disse Klyuev. “Também existem métodos de levitação magnética ou acústica, mas todos eles têm uma coisa em comum: ou fazemos trabalho externo no sistema ou inicialmente criamos condições de não equilíbrio para que a levitação de longo prazo da gota possa ser fornecida apenas durante sua existência.”
Explorar ainda mais os efeitos de várias condições externas na levitação de gotículas autossustentadas revelará se ela pode ser aproveitada e adaptada para aplicações de microbiologia e bioquímica.
Ivanova e Klyuev acreditam que o efeito da levitação de gotículas autossustentada a longo prazo pode ser útil para desenvolver ferramentas científicas para explorar a diversidade e a atividade de microorganismos e melhorar a compreensão da transferência de calor e massa dentro de um filme de vapor.
“Como o tópico da levitação de gotículas é bastante popular, esperamos que a levitação por convecção solutocapilar seja considerada por outros pesquisadores – já que o problema é bastante interessante do ponto de vista da modelagem do transporte em microescala”, disse Ivanova. “Também continuaremos nosso trabalho para estabelecer a influência de fatores externos neste sistema.”
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