p A investigação científica geralmente começa com o "por quê". p Sem esperar fazer mais do que responder a uma pergunta feita por um vídeo do YouTube, Os pesquisadores da Virginia Tech podem ter mudado a forma como as pessoas pensam sobre o processo de congelamento.

p Jonathan Boreyko, pesquisador líder da Virginia Tech, professor assistente de engenharia mecânica na Faculdade de Engenharia, e seus alunos pesquisadores estavam assistindo a um vídeo no YouTube de uma bolha de sabão congelando. A visão hipnotizante de cristais de gelo flutuando ao redor da bolha fez os engenheiros se perguntarem o que causou o fenômeno.

p Boreyko e os estudantes pesquisadores Farzad Ahmadi e Saurabh Nath, ambos estudantes de graduação em mecânica de engenharia, e Christian Kingett, um pesquisador de graduação em ciências da engenharia e mecânica que se formou em 2019, conduziu uma pesquisa bibliográfica e descobriu que ninguém jamais havia estudado como filmes ou bolhas de sabão congelam.

p Os resultados da consulta da equipe, que começou como um simples "por que, "foi publicado no jornal Nature Communications , explicando a física por trás do que faz com que os cristais de gelo saltem para dentro da bolha e girem, mudando assim as percepções sobre o processo de congelamento.

p "Começamos congelando uma bolha no laboratório, usando um substrato congelado, "Boreyko explicou." O que descobrimos foi que a bolha congelava do fundo até um certo ponto e então parava. Não conseguimos aquele adorável 'efeito globo de neve' que vimos no vídeo. Mas, Farzad fez um bom modelo que pode prever com precisão onde a frente de congelamento irá parar com base no tamanho da bolha e na temperatura do ar. "

p Como a casca de uma bolha é microscopicamente fina, a temperatura do ar quente no laboratório evitou que o estágio frio congelasse completamente a bolha. Mudando para um freezer walk-in, a equipe tentou o experimento novamente, acreditando que eles descobririam como os cristais de gelo flutuantes se formaram.

p "Não vimos no freezer, qualquer, inicialmente, "Disse Boreyko." Mas tentamos de novo depositar a bolha no gelo em vez de em um substrato seco, e foi aí que vimos o que procurávamos. "

p A menos 20 graus Celsius e usando um substrato de gelo, a bolha rapidamente se encheu de cristais flutuantes que aceleraram o congelamento completo da bolha, e abriu os olhos do pesquisador.

p "Quando você deposita a bolha em um substrato gelado, a bolha começa a congelar, que libera calor, "disse Ahmadi." O fundo da bolha, nesse caso, torna-se mais quente do que o resto da bolha - é um aquecimento induzido pelo congelamento. "

p A energia molecular é liberada quando as moléculas de água se fundem em uma estrutura sólida e compacta, criando uma diferença de temperatura de cerca de 14 graus - menos 20 no topo da bolha e menos 6 graus na base congelada.

p "O gradiente de temperatura de cima para baixo mudou a tensão superficial, "Ahmadi disse." A tensão criou um fluxo do quente para o frio. "

p Esse fluxo é conhecido como Fluxo de Marangoni. Quando ocorre nas bolhas de congelamento, o fluxo rasga os cristais de gelo do fundo da bolha e os gira em torno da casca líquida, onde aumentam de tamanho até que toda a bolha congele.

p "Anteriormente, pensávamos que a rapidez com que poderíamos congelar algo dependia de quão rápido a frente de congelamento poderia crescer, "Boreyko disse." Isso nos mostra que um fluxo de Maragoni induzido por congelamento criará centenas de frentes de congelamento adicionais a partir dos cristais de gelo removidos do fundo. Então, percebemos que não é apenas o quão rápido uma frente cresce, mas em casos como nossa bolha, você pode manipular o sistema para ter centenas de frentes de congelamento trabalhando juntas para congelar algo muito mais rápido. "