Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Tóquio descobriram a verdadeira razão pela qual o líquido é expelido da espuma, resolvendo um enigma científico de longa data. Os modelos físicos tradicionais superestimam consistentemente a altura da espuma antes que o líquido comece a vazar. Ao observar mais de perto o comportamento da espuma, a equipe descobriu que o fator chave não era apenas o movimento do líquido através de uma estrutura fixa, 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 pode ter notado gotículas se formando e pingando do fundo. Isso acontece porque a espuma consiste em bolhas de ar compactadas, separadas por finas películas de líquido, criando uma rede complexa de caminhos. O líquido pode mover-se através destes canais e quando entra em contacto com a espuma, é expelido ou absorvido pela espuma. Os cientistas há muito que acreditam que este processo é controlado por um “limite de absorção”, que depende da “pressão osmótica”, uma medida da mudança na energia quando uma bolha é comprimida e a área de contacto entre o líquido e o gás muda.
Por que os modelos antigos não correspondem à realidade
No entanto, esta explicação não corresponde ao que os investigadores observaram na vida real. Cálculos baseados na pressão osmótica indicam que a espuma precisa ter aproximadamente um metro de altura antes que o líquido comece a escorrer. Na verdade, mesmo que a espuma tenha apenas algumas dezenas de centímetros de altura, ela pode vazar facilmente. A lacuna entre a teoria e a realidade tem intrigado os cientistas há anos. Como as espumas são utilizadas em uma ampla gama de produtos, desde soluções de limpeza até produtos farmacêuticos, compreender seu comportamento é fundamental para melhorar seu desempenho, como a criação de espuma resistente à drenagem.
Experimentos revelam um padrão comum
A 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 mantiveram em pé, permitindo observar diretamente como o líquido se movia em seu interior. Seus experimentos revelaram um padrão consistente: independentemente do tipo de surfactante ou do tamanho das bolhas, a altura em que a drenagem começa é inversamente proporcional ao conteúdo líquido da espuma. Eles também calcularam a “pressão osmótica efetiva” do 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 causa vazamento de espuma
Para entender melhor o que estava acontecendo, os pesquisadores gravaram vídeos dentro da bolha. Onde a drenagem começa, eles descobriram que o líquido não flui apenas através de canais estáticos. Em vez disso, faz com que as próprias bolhas se movam e se reorganizem. Isto os levou a identificar a “tensão de rendimento”, a quantidade de pressão necessária para mover e reformar as bolhas, como o fator de controle. Seu modelo, baseado nesta ideia, previu com precisão a altura da espuma na qual ocorreria a drenagem.
Uma nova maneira de entender materiais macios
Essas descobertas mudam a forma como os cientistas pensam sobre a drenagem de espuma. A espuma não deve ser pensada como uma estrutura fixa através da qual o líquido flui, mas sim como um sistema dinâmico no qual a própria estrutura pode mudar. Os pesquisadores esperam que esta nova perspectiva proporcione uma compreensão mais profunda dos materiais macios e ajude a orientar o design de produtos de espuma melhorados.
Este trabalho foi apoiado pela concessão JSPS KAKENHI número 20H01874.
