O estudo de gotículas líquidas e seu comportamento após o impacto é de grande importância em muitos campos, incluindo agricultura, engenharia e medicina. A previsão do comportamento de gotículas tem uso em pintura por spray e sprays de pesticidas, tecnologia de jato de tinta para impressão e geração de aerossol durante as chuvas. Uma compreensão mais profunda desse fenômeno é, portanto, imperativa não apenas para avançar nosso conhecimento da física dos fluidos, mas também da tecnologia.
A este respeito, um fenômeno particularmente intrigante é o respingo de gotículas ao atingir superfícies sólidas. Vários estudos sobre o comportamento do filme líquido ajudaram a esclarecer o respingo de gotículas. No entanto, não surgiu um consenso sobre quando se pode esperar que uma gota respingue. Além disso, o comportamento de umedecimento, ou a facilidade com que um líquido adere a superfícies sólidas lisas e ásperas, é igualmente importante de entender.

Contra o pano de fundo, um grupo de cientistas do Japão e da China realizou recentemente um estudo para resolver esse problema. A equipe de pesquisa, liderada pelo professor associado Yukihiro Yonemoto, da Universidade de Kumamoto, no Japão, em colaboração com o professor Tomoaki Kunugi, da Universidade de Zhejiang, na China, propôs um novo modelo que pode prever quando uma gota respingará após colidir com uma superfície sólida. Sua pesquisa foi publicada em Relatórios Científicos e Coloides e Comunicações Científicas de Interface .

Quando uma gota colide com uma superfície sólida, um filme líquido instável aparece abaixo da gota impactada. Para explicar essa instabilidade, a equipe modificou a equação de balanço de energia que prevê a área de contato de espalhamento para superfícies lisas e ásperas.

Para desenvolver o modelo teórico para prever a condição de respingo, a equipe considerou o equilíbrio de pressão do filme líquido. Os resultados analíticos obtidos a partir da combinação da equação de balanço de energia modificada e a equação de balanço de pressão estão em boa concordância com o número crítico de Weber (quantidade adimensional que caracteriza o escoamento de fluido em superfícies) para respingos obtidos experimentalmente para gotas líquidas de mistura água-etanol.

Os resultados mostraram que a condição de respingo não depende apenas da viscosidade do líquido, mas também da molhabilidade e rugosidade da superfície sólida. Além disso, o critério de respingo era governado por uma competição entre as pressões hidrostática e hidrodinâmica, que eram as forças motrizes, e a pressão capilar e a tensão viscosa, que eram as forças opostas. Os respingos ocorreram quando as forças motrizes venceram.

Além de prever as condições de respingo, o modelo de respingo também previu o tamanho das gotículas secundárias espalhadas e o número de estruturas líquidas semelhantes a dedos que apareceram uma vez que o filme líquido se desestabilizou. O modelo indicou que a espessura do filme líquido, que surgiu após o impacto das gotas, estava relacionada ao tamanho das gotas secundárias. Além disso, o tamanho dessas gotículas secundárias e o número de dedos estavam mutuamente relacionados. Eles também foram afetados pela molhabilidade/rugosidade da superfície sólida, além das propriedades do líquido.

"Nossos resultados podem abrir caminho para uma melhor compreensão da física básica da fragmentação de filme líquido ou de borda, bem como encontrar aplicações em importantes campos de engenharia relacionados à impressão, revestimento e pulverização", diz o Dr. Yonemoto. + Explorar mais

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