Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Tóquio descobriram a verdadeira razão pela qual o líquido é drenado da espuma, resolvendo um mistério científico de longa data. Os modelos físicos tradicionais superestimam constantemente a altura da espuma antes que o líquido comece a fluir. Ao observar cuidadosamente o comportamento da espuma, a equipe descobriu que o fator chave não é simplesmente o líquido se movendo através da estrutura estacionária, mas a pressão necessária para reorganizar as próprias bolhas. Esta descoberta destaca 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 ocorre porque a espuma consiste em bolhas compactadas, separadas por finas películas de líquido, criando uma rede complexa de caminhos. O líquido pode se mover ao longo desses caminhos, fluindo para fora ou sendo absorvido pela espuma ao entrar em contato com ela. Os cientistas há muito acreditam que esse processo é controlado por um “limite de absorção” que depende da “pressão osmótica”, uma medida da mudança de energia quando as bolhas são comprimidas e a área de contato entre o líquido e o gás é deslocada.
Por que os modelos antigos não são verdadeiros
Porém, essa explicação não condiz com o que os pesquisadores observam na vida real. Cálculos baseados na pressão osmótica indicam que a espuma deve ter cerca de um metro de altura antes que o líquido comece a drenar. Na prática, mesmo a espuma com altura de apenas algumas dezenas de centímetros pode 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, compreender como elas se comportam é fundamental para melhorar seu desempenho, como criar espumas que resistam à drenagem.
Experimentos revelam um padrão universal
Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Rei Kurita estudou sistemas simples de espuma criados com diferentes surfactantes para produzir diversos tipos de espuma. Eles colocaram essas espumas entre placas transparentes e as colocaram verticalmente, permitindo observar diretamente o fluido se movendo 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 a “pressão osmótica efetiva” para esse processo, que acabou sendo muito menor do que as previsões baseadas apenas no tamanho da bolha e na tensão superficial.
O movimento da bolha faz com que a espuma vaze
Para entender melhor o que está acontecendo, os pesquisadores gravaram um vídeo dentro da espuma. No ponto onde começa a drenagem, eles viram que o líquido não escorria apenas em canais estáticos. Em vez disso, fez com que as próprias bolhas se deslocassem e se reorganizassem. Isso os levou a definir a “tensão de escoamento” como o fator de controle, que é a quantidade de pressão necessária para mover e reorganizar as bolhas. Seu modelo, baseado nesta ideia, 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 drenagem de espuma. Em vez de ver a espuma como uma estrutura fixa através da qual o fluido flui, ela deveria ser vista como um sistema dinâmico no qual a própria estrutura pode mudar. Os pesquisadores esperam que esta nova visão leve a uma compreensão mais profunda dos materiais macios e ajude no desenvolvimento de produtos aprimorados à base de espuma.
Este trabalho foi apoiado pela concessão JSPS KAKENHI número 20H01874.
