Física Fluidos Newtonianos e Não Newtonianos

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Fluidos Newtonianos e Não Newtonianos
Hoje vamos fazer de um jeito diferente, talvez com essa experiência simples você consiga entender melhor (e brincando) o que são esses famosos fluidos.
- Materiais necessários: Amido de Milho (também conhecido como maisena) e água.
- Experimento: Encha algum recipiente com um pouco de água e adicione o amido em maior quantidade. Em seguida misture bem e comece a fazer os testes, como bater rapidamente e depois lentamente.
Mas afinal, por qual motivo isso acontece?
- Estamos acostumados com o mais simples dos líquidos: a água. Podemos colocá-la num copo e movê-la para outro copo sem problemas. Podemos fazer isso milhares e milhares de vezes e a água sempre se comportará da mesma forma. Se eu levá-la a um congelador, a água se solidificará a 0 ºC (zero grau Celsius). Se eu colocá-la numa panela e levar o conjunto ao fogo, a água entrará em ebulição a 100 ºC (desde que esteja ao nível do mar). Podemos dar socos na água e o máximo que acontecerá é espirrar água para tudo que é lado.
- Dessa forma, chamamos a água de fluido newtoniano, isto é, um fluido newtoniano é um fluido cuja viscosidade, ou atrito interno, é constante para diferentes taxas de cisalhamento e não variam com o tempo. A constante de proporcionalidade é a viscosidade. Nos fluidos newtonianos a tensão é diretamente proporcional à taxa de deformação. Apesar de não existir um fluido perfeitamente newtoniano, fluidos mais homogêneos como a água e o ar costumam ser estudados como newtonianos para muitas finalidades práticas.
- Para entender melhor, tome como exemplo a própria água, deixe a água escorrer por uma canaleta. Ela escoa bem, não é? Se eu usar óleo de soja, verei que ele escorre mais devagar e se eu usar mel, a velocidade com que ele escorregará pela mesma canaleta será muito menor, demorando muito mais tempo que a água; é o que caracteriza a viscosidade de um líquido. Assim, quando as moléculas de uma determinada substância são transportadas de um lugar para o outro, entram em contato com a superfície. A força de atrito entre os dois líquidos fará com que este ou aquele líquido demore mais ou menos para escoar. Quanto mais atrito, mais devagar será o escoamento. Podemos ilustrar isso com uma pessoa de sapato novinho correndo por uma sala com o chão encerado, se a pessoa parar de repente, o sapato vai deslizar. Com sapatos de solado de borracha (como tênis, por exemplo), este “escorregão” será menor. Se a pessoa estiver apenas de meia, conseguirá escorregar bem mais. É o atrito que também faz com que os carros consigam fazer curvas, enquanto que aqueles que estiverem com pneus carecas tenderão a deslizar para o lado, dado que o atrito é muito menor.
- Em nível microscópico, o que acontece é a mesma coisa. As moléculas do líquido usarão a canaleta como “pista de corrida”, onde cada uma das moléculas será um carro de fórmula 1. Os líquidos que apresentarem maior viscosidade serão aqueles que sofrerão maior força de atrito, o que fará com que suas moléculas deslizem com mais dificuldade. A viscosidade é, portanto, uma característica de muitos líquidos, podendo até servir como constante física, mas toda regra tem suas exceções. Com os fluidos não newtonianos, as coisas não são tão simples assim.
- Mas, com os fluidos não newtonianos algumas coisas estranhas acontecem. Se dermos um soco na superfície da água, como dito, o máximo que conseguiremos é espargir água. Já no caso de um fluido não newtoniano, coisas bem diferentes acontecem: sua viscosidade pode ser ampliada ou reduzida. Isso significa dizer que tal fluido poderá se tornar tão viscoso que se comportará como sólido, ou menos viscoso que parecerá um líquido.
Então...
E isso é o que acontece com a mistura de água e maisena, em que as partículas de amido “se esfregam” quando tentam se mover e daí vem a sua alta viscosidade. Mas, quando fazemos força externa sobre ela, o atrito de esfregação entre as partículas cresce bastante a ponto de oferecer uma resistência muito maior do que a esperada e que faz com que a mistura líquida mais pareça um sólido. Assim, se colocarmos a mão lentamente a mistura vai se comportar como um líquido, mas se colocarmos a mão muito rapidamente ela se comportará como um sólido, pois com pressão suficiente torna-se um sólido e com menor pressão volta ao estado líquido.
O estudo sobre este tipo de fluido é importante, pois durante a perfuração de poços de petróleo frequentemente encontram-se lamas cuja viscosidade diminui mediante a ação da perfuratriz. Estes são os chamados Fluidos (ou Plásticos) de Bingham. Além disso, pesquisadores estudam alternativas ao atual sistema de coletes à prova de balas. Usando uma camada de um fluido não newtoniano, ao receber o impacto de um projétil, o fluido não newtoniano irá aumentar a viscosidade imediatamente, protegendo o a pessoa. A vantagem principal deste tipo de colete é que seria mais leve e confortável que os atuais modelos de kevlar (mas dificilmente seriam feitos de Maisena).
Ah, só para alguma eventualidade é bom você saber que, se você, por acaso, cair em areia movediça (ou em uma mistura de amido de milho e água), tente nadar para a borda bem lentamente. Quanto mais devagar se mover, menos resistente será a areia movediça ou o amido de milho a esse movimento.
Bom, é isso, até a próxima!