Algo tão simples quanto o movimento de gotas de água em superfícies deve ser realmente entendido – alguém poderia pensar. De fato, ainda existem inúmeras perguntas sem resposta sobre as forças que atuam em uma gota deslizante. Uma equipe de pesquisadores do Instituto Max Planck para Pesquisa de Polímeros, em colaboração com colegas da TU Darmstadt, descobriu agora:Além da energia de superfície e do atrito viscoso dentro da gota, a eletrostática também desempenha um papel significativo. Os resultados foram publicados recentemente na revista Nature Physics .
Gotas de chuva atingem a janela do carro e o vento empurra as gotas para o lado. Ainda hoje, ninguém foi capaz de prever com precisão como as gotas se movem no para-brisa. No entanto, esse entendimento é importante em várias áreas, como direção autônoma:por exemplo, câmeras instaladas no para-brisa devem ficar de olho na estrada e na situação do tráfego - para isso, a superfície do para-brisa deve ser projetada de tal forma uma maneira que as gotas são completamente sopradas pela corrente de ar e a vista permanece clara mesmo na chuva. Outros exemplos com o sinal oposto são aplicações em que as gotas precisam grudar em superfícies, como tinta spray ou pesticidas.

"Até agora, assumia-se que o revestimento da superfície era responsável por como a gota se move em uma superfície - ou seja, as primeiras camadas moleculares", diz o professor Hans-Jürgen Butt, diretor da "Física das Interfaces". departamento do Instituto Max Planck para Pesquisa de Polímeros. Por exemplo, depende da superfície se uma forma de gota esférica ou plana é formada. Se a gota gostar da superfície, ela se pressiona sobre ela para fazer o máximo de contato possível. Se não gostar da superfície, como no caso do conhecido efeito lótus, ele se enrola. Também ficou claro que quando uma gota se move, o atrito viscoso - ou seja, atrito entre as moléculas de água individuais ocorre dentro da gota, o que também influencia seu movimento.

A eletrostática causa diferenças de velocidade

A equipe de pesquisadores do MPI for Polymer Research descobriu que nem as forças capilares nem as viscoelásticas podem explicar as diferenças na velocidade com que as gotículas se movem em diferentes superfícies. Questões foram levantadas em particular pelo fato de que as gotículas correm em velocidades diferentes em substratos diferentes – mesmo que esses substratos tenham um revestimento de superfície idêntico, onde não seriam esperadas diferenças. Os pesquisadores, portanto, primeiro introduziram uma misteriosa "força extra". Para rastreá-lo, Xiaomei Li, Ph.D. estudante do departamento de Hans-Jürgen Butt, organizou uma corrida de queda. “Filmei as gotas em diferentes substratos, extraí perfis de velocidade e aceleração de seu movimento, calculei as forças que já eram conhecidas para calcular a força que ainda não tínhamos visto”, explica ela.

O resultado surpreendente:a força calculada concorda com uma força eletrostática que os pesquisadores descreveram pela primeira vez em um modelo há alguns anos. "Ao comparar os resultados experimentais com este modelo numérico, podemos explicar trajetórias de gotículas anteriormente confusas", diz Jun.-Prof. Stefan Weber, líder de grupo no departamento de Butt.

Se gotículas previamente neutras deslizarem sobre um isolante, elas podem se tornar eletricamente carregadas:então a eletrostática desempenha um papel significativo aqui. Em um substrato eletricamente condutor, por outro lado, a gota imediatamente libera sua carga de volta ao substrato. “A força eletrostática, que ninguém havia considerado anteriormente, tem, portanto, uma grande influência:deve ser levada em consideração para água, eletrólitos aquosos e etilenoglicol em todas as superfícies hidrofóbicas testadas”, resume Weber. A equipe de pesquisa já publicou os resultados na revista Nature Physics . Esses resultados melhorarão o controle do movimento de gotículas em muitas aplicações, desde impressão a microfluídica ou gerenciamento de água até geração de energia por meio de minigeradores baseados em gotículas. + Explorar mais

Pinça de gotas eletrostática multifuncional guia remotamente o movimento das gotas