Os deslizamentos de terra são um exemplo notável de erosão. Quando os vínculos que mantêm as partículas de terra e rocha unidas são esmagados por uma força – geralmente na forma de água – suficiente para separar a rocha e o solo, essa mesma força rompe os vínculos com outras rochas e solos que os mantêm no lugar. Outro tipo de erosão envolve o uso de um pequeno jato de ar para remover a poeira de uma superfície. Quando a força do ar turbulento é forte o suficiente para quebrar as ligações que mantêm as partículas individuais de poeira, ou grãos, juntas e fazer com que elas grudem na superfície, isso também é erosão.
Na indústria farmacêutica, a dinâmica de coesão/erosão é imensamente importante para processar com sucesso pós para fazer medicamentos. Eles também desempenham um papel fundamental em outro exemplo bastante distante:pousar uma espaçonave em uma superfície, como a lua. À medida que a espaçonave desce, o escapamento de seus motores faz com que o material granular na superfície seja erodido e transportado. O material deslocado forma uma cratera, que deve ter as dimensões corretas; muito estreito ou muito profundo, e fará com que a espaçonave tombe.

Muitas vezes encontramos materiais divididos que são compostos de pequenas partículas – pense em areia na praia, solo, neve e poeira – que podem ser afetados por mais do que apenas forças de atrito, compartilhando algumas forças coesivas adicionais com seus vizinhos. Enquanto a coesão atua apenas entre uma partícula e seus vizinhos imediatos, ela também produz efeitos macroscópicos; por exemplo, fazendo com que pedaços divididos de material se agreguem e adicionem resistência adicional ao compósito. A coesão é o que faz com que os pós, como a farinha, se aglomerem e nos permite fazer castelos na praia adicionando uma pequena quantidade de água à areia seca.

Alban Sauret, professor associado do Departamento de Engenharia Mecânica da UC Santa Barbara, está muito interessado nesses processos. Publicado na revista Physical Review Fluids , seu grupo, incluindo Ph.D. do primeiro ano. o estudante Ram Sharma e colegas na França, apresentam uma nova pesquisa examinando como a coesão entre as partículas pode influenciar o início da erosão. Usando uma técnica recentemente desenvolvida que permite controlar a coesão entre os grãos do modelo e, em seguida, realizar experimentos nos quais usaram um jato de ar para deslocar os grãos, eles conseguiram entender melhor a coesão, que mantém as partículas unidas; erosão, que faz com que eles se separem; e transporte, que envolve a distância que as partículas deslocadas viajam.

A pesquisa oferece uma abordagem para quantificar como a magnitude da coesão altera a quantidade de tensão local necessária para iniciar a erosão. Esse entendimento poderia ser usado na engenharia civil, digamos, para medir a resistência e a estabilidade do solo em uma área onde a construção é planejada. Mas os pesquisadores também esperam que seu modelo forneça evidências empíricas para uma teoria física da erosão que inclua coesão e seja relevante para uma ampla gama de aplicações, desde a remoção de poeira de painéis solares (a poeira pode reduzir a produção de energia em até 40%) para pousar foguetes em outros planetas.

Na presença de forças externas, como do vento ou da água, a coesão entre as partículas pode ser superada. O início da erosão refere-se ao ponto em que a força de arrasto, exercida pelo fluido ou pelo ar, faz com que as partículas percam o contato com o leito granular, separando-se tanto umas das outras como vizinhas quanto da superfície à qual aderem. Isso capta nossa compreensão bastante elementar e atual da erosão:se as forças externas locais em uma partícula são maiores do que as forças que a mantêm no lugar, ela erode - outra maneira de dizer que está deslocada.

À medida que os fluidos ou o ar aplicam tensões maiores, como mover-se rápido o suficiente para se tornarem fluxos turbulentos, eles podem causar maior erosão. Uma gama extremamente ampla de configurações de fluxo turbulento atuando em uma gama igualmente ampla de materiais leva à erosão que vemos, no nível macro, na forma de enormes cânions, desgastados ao longo de eras por rios turbulentos, e gigantescas dunas de areia, moldadas por correntes de ar turbulentas. Surpreendentemente, dado que a erosão conduz o ciclo sedimentar e remodela constantemente a superfície da Terra, a compreensão atual das forças erosivas não é adequada para explicar a rica variedade de formas de relevo resultantes.

Embora a erosão de grãos não coesivos possa ser prevista satisfatoriamente, a interação entre fluxos turbulentos e erosão na presença de coesão interpartículas não foi bem pesquisada. Mas merece estudo, diz Sauret, porque "A coesão está em toda parte! Se você está modelando algo tão simples como limpar uma superfície, por exemplo, e seu modelo não leva em conta corretamente a coesão, você provavelmente acabará adotando uma abordagem errada — e ainda tem uma superfície suja."

Para controlar a coesão entre as partículas, os pesquisadores aplicaram um revestimento de polímero em esferas de vidro idênticas (análogas às partículas) com diâmetro de 0,8 milímetro. A espessura do revestimento pode ser aumentada ou diminuída precisamente para aumentar ou diminuir a coesão. O fluxo turbulento é modelado por um jato variável de ar direcionado ao leito granular.

Os experimentos permitiram que a equipe determinasse uma lei de escala para o limite no qual a erosão supera a coesão interpartículas, independentemente das especificidades do sistema, como o tamanho das partículas. Ao quantificar a relação entre essas duas forças, a pesquisa apresenta uma técnica que pode ser utilizada para prever o limiar de erosão para diferentes tamanhos de grãos.

Os resultados deste estudo, diz Sauret, podem ser aplicados mais diretamente no processo de remoção de sedimentos coesivos, como poeira e neve, de superfícies como painéis solares. + Explorar mais

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