Imagine andar de um lado a outro de uma piscina. Cada etapa exige um grande esforço - é isso que torna a hidroginástica um exercício físico tão eficaz.

A resistência que você sente é causada pela fricção do fluido - ou arrasto - e é a mesma força que atua sobre os barcos e outros objetos conforme eles se movem na água. Contudo, embarcações marítimas evoluíram em formas destinadas a minimizar o arrasto, e os navios são projetados com motores poderosos que superam o arrasto para impulsioná-los mais rápida e suavemente através do oceano.

Mais recentemente, Superfícies super hidrofóbicas (SHS) chamaram a atenção de cientistas que vêem seu potencial para reduzir o atrito do fluido. Mas, como observou o professor de engenharia mecânica da UC Santa Bárbara, Paolo Luzzatto-Fegiz, embora a teoria básica dessas superfícies seja sólida, seu desempenho no mundo real deixa muito a desejar.

De acordo com Luzzatto-Fegiz, um especialista em dinâmica de fluidos, O SHS combina a química repelente de água com padronização em microescala de uma forma que essencialmente reduz o contato da superfície com a água. Contudo, eles provaram não ser confiáveis, na melhor das hipóteses, frequentemente funcionando de forma errática ou nem mesmo funcionando.

E agora, na pesquisa destacada no Proceedings of the National Academy of Sciences , Luzzatto-Fegiz e seus colegas da University of Cambridge e da University of Manchester identificaram um dos principais motivos para isso.

Teoricamente, superfícies super hidrofóbicas são eficazes porque contêm pequenas bolsas de ar. O ar é muito menos viscoso que a água, Luzzatto-Fegiz observou, portanto, diminuir a quantidade de água que entra em contato com a superfície diminuirá o arrasto resultante.

Os benefícios da redução do arrasto afetam diretamente a economia de combustível:Quanto menos fricção de fluido um navio experimenta, menos combustível é necessário para superar o arrasto. E porque o arrasto aumenta com a velocidade, quanto mais rápido o navio se move, mais combustível é necessário para neutralizar a resistência resultante.

Contudo, ao testar a hipótese, que poderia, em teoria, mostram uma redução significativa no arrasto, os resultados de outros pesquisadores muitas vezes não encontraram nenhuma redução, e em alguns casos, demonstrou um desempenho ligeiramente pior.

Esse era o problema que deixava os cientistas coçando a cabeça - até que ocorreu a Luzzatto-Fegiz que os surfactantes podiam ser os culpados. Embora os pesquisadores antes dele tivessem identificado essa possibilidade, ele e sua equipe foram os primeiros a demonstrar o conceito. De acordo com simulações numéricas e experimentos rigidamente controlados, Luzzatto-Fegiz, et al, descobriram que mesmo pequenas quantidades de surfactantes - compostos que reduzem a tensão superficial, como sabão - foram suficientes para causar um desequilíbrio no fluxo de água ao longo de sua interface com a superfície, resultando em arrasto.

Mistério resolvido. Mas o problema pode ser resolvido?

"A ideia principal é que nenhum líquido é puro, "Luzzatto-Fegiz disse. Oceanos e rios contêm uma grande quantidade de surfactantes naturais e artificiais. Mas pode ser possível projetar uma saída para o problema mudando a padronização do SHS, ele disse. Por exemplo, criando ranhuras mais longas na padronização alinhada com o fluxo de água, o acúmulo de surfactante que impede a redução do arrasto na superfície se acumula mais abaixo na linha da interface, reduzindo parte do arrasto.

Os resultados desse experimento podem fornecer um conhecimento valioso para aqueles que projetam navios oceânicos com vistas à eficiência de combustível. Especialmente à sombra de regulamentações iminentes que exigirão que a frota global de navios mercantes compre combustível mais caro, mas de queima mais limpa, reduzir o arrasto pode ajudar muito a manter os custos baixos para os navios que navegam nos oceanos do mundo, bem como reduzir os subprodutos poluentes da queima de combustíveis fósseis.

"Reduzir o arrasto corta o consumo de combustível e, portanto, as emissões - incluindo compostos de enxofre e CO2, "Luzzatto-Fegiz disse.