Um tipo único de hélio que pode fluir sem ser afetado pelo atrito ajudou uma equipe da KAUST a entender melhor a transformação de líquidos que se movem rapidamente em pequenas gotículas.

Ocorrências do dia a dia, como tomar banho ou abrir a torneira da cozinha, envolvem um fenômeno físico intrigante conhecido como quebra do jato. Quando um líquido sai de um bico e encontra algo que não pode se misturar imediatamente - um gás, por exemplo - ele forma um cilindro. Rapidamente, pequenas perturbações de superfície e várias forças fazem com que o tubo de líquido se quebre em gotículas. O cilindro inteiro pode se prender em gotas, uma de cada vez na ponta, assume uma estrutura ondulada ou semelhante a um saca-rolhas, ou atomiza em um spray fino.

Desde o final dos anos 1800, pesquisadores tentaram entender e prever o comportamento de rupturas de jato usando teorias clássicas de viscosidade, aerodinâmica e tensão superficial. Contudo, muitos estudos anteriores apresentam evidências conflitantes sobre onde traçar a linha entre os diferentes modos de separação - um problema que pode impactar os fabricantes que procuram otimizar as tecnologias de pulverização.

“Os engenheiros estão interessados ​​em saber o tamanho e a direção das gotas formadas e a que distância do bico o jato permanece intacto, "observa Nathan Speirs, um pesquisador no laboratório de Sigurdur Thoroddsen no KAUST. "Há tanta variedade nas maneiras como os jatos de líquido se quebram."

Para atualizar este campo para o século 21, o grupo Thoroddsen colaborou com pesquisadores da Universidade da Califórnia, Irvine, construir um dispositivo capaz de atingir temperaturas próximas do zero absoluto com janelas para visualização com câmeras de alta velocidade. Nessas profundidades geladas, o hélio líquido pode assumir uma variedade de comportamentos diferentes, incluindo como um superfluido sem atrito.

A configuração experimental é difícil de trabalhar porque "quando o hélio líquido se torna superfluido, a ausência de viscosidade permite que ele escape das menores imperfeições, que chamamos de superleaks, "diz Kenneth Langley, outro membro da equipe de Thoroddsen. “Temos que ter muito cuidado ao fechar a célula, e uma vez fechado, não há como ajustar o que está dentro. "

As imagens detalhadas produzidas usando o novo dispositivo de baixa temperatura permitiram à equipe KAUST quantificar precisamente os regimes de ruptura do jato e identificar os fatores físicos negligenciados por estudos anteriores.

"Nossos resultados mostram que os fluxos de gás e líquido são igualmente importantes na região da interface, uma ideia negligenciada pela maioria dos outros estudos, "diz Speirs." As formas irregulares das gotículas formadas também são bastante interessantes, e esperamos analisá-los com mais detalhes, "acrescenta Langley.