Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Tóquio identificaram semelhanças importantes entre o comportamento de materiais granulares e géis de fusão. Eles descobriram que os leitos de areia em queda compartilham o mesmo mecanismo de desestabilização que a gelatina derretida à medida que é aquecida por baixo, particularmente como os principais parâmetros escalam com a espessura da região fluidizada. Suas descobertas, publicadas em Relatórios Científicos , fornecem importantes incursões em nossa compreensão da desestabilização sob gravidade, como visto em avalanches, deslizamentos de terra e processos de transporte industrial.
Areia e geleia podem não ser muito parecidas, mas têm propriedades físicas semelhantes. A areia é composta de bilhões de grãos de material sólido, que pode derramar como um líquido e entupir canos como um sólido. Materiais como soluções de gelatina derramam como um líquido em alta temperatura, mas de repente assumem propriedades sólidas quando resfriados. Olhando para os detalhes microscópicos, é evidente que a solidez dos géis é sustentada por redes de polímeros ou proteínas que cruzam um material; isso é semelhante a como "cadeias de força", redes de grãos empurrando uns aos outros, dão origem à aparente solidez da areia. Essa fascinante junção de comportamento sólido e líquido forma a espinha dorsal de muitos fenômenos naturais, como avalanches e deslizamentos de terra, mas ainda é pouco compreendida.

Essas semelhanças inspiraram o Dr. Kazuya Kobayashi e o professor Rei Kurita da Universidade Metropolitana de Tóquio a comparar diretamente géis físicos e leitos de areia à medida que se fluidificam. Eles observaram a fluidização de camadas finas de areia e soluções de gelatina usando câmeras de alta velocidade. Para a areia, leitos de grãos pré-formados no ar ou na água foram invertidos e observados à medida que a base começa a cair. Para a gelatina foram preparadas duas camadas com diferentes concentrações de gelatina, uma em cima da outra. As concentrações foram escolhidas de modo que a camada inferior se fluidificasse completamente primeiro. À medida que o material é aquecido por baixo, a camada superior se desestabiliza e começa a cair.

Em ambos os sistemas, a equipe encontrou instabilidades de digitação, onde dedos finos de material caem no material (ou ar/água) abaixo, lembrando gotas de chuva caindo de uma janela. Com o tempo, novos dedos apareceriam entre os existentes, e a interface entre as partes líquidas e sólidas diminuiria. Usando uma técnica de imagem especial, a equipe também conseguiu identificar uma região de interface "fluidizada" acima de onde os dedos realmente começam. A espessura dessa região foi fortemente correlacionada a parâmetros-chave como a velocidade na qual a frente recua e a distância entre os dedos. Esse tipo de relacionamento é chamado de relacionamento de "escala" e é importante na física para conectar fenômenos que podem parecer diferentes inicialmente, mas podem estar relacionados em um nível mais profundo por meio de seus mecanismos. Neste caso, esta é uma forte evidência de como as semelhanças entre os materiais, ou seja, a conectividade de uma rede de suporte de força, fundamentam seu comportamento físico macroscópico.

Por meio de seus extensos experimentos, o trabalho da equipe oferece informações valiosas sobre como materiais granulares e géis se desestabilizam sob gravidade, com implicações tanto para fenômenos de fluidização na natureza quanto para o projeto de sistemas de transporte de materiais granulares em escala industrial. + Explorar mais

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