O "efeito bule" ameaça toalhas de mesa brancas imaculadas há séculos:se um líquido é derramado de um bule muito lentamente, o fluxo de líquido às vezes não se destaca do bule, encontrando o caminho para a xícara, mas escorre do lado de fora do bule.
Este fenômeno tem sido estudado cientificamente por décadas - agora uma equipe de pesquisa da TU Wien conseguiu descrever o "efeito bule" completamente e em detalhes com uma análise teórica elaborada e vários experimentos:Uma interação de diferentes forças mantém uma pequena quantidade de líquido diretamente na borda, e isso é suficiente para redirecionar o fluxo de líquido sob certas condições.

Um efeito com uma longa história

O "efeito bule" foi descrito pela primeira vez por Markus Reiner em 1956. Reiner obteve seu doutorado na TU Wien em 1913 e depois emigrou para os EUA, onde se tornou um importante pioneiro da reologia - a ciência do comportamento do fluxo. Repetidas vezes, os cientistas tentaram explicar esse efeito com precisão. O trabalho sobre este tópico recebeu o satírico "Prêmio Nobel IG" em 1999. Agora, a pesquisa sobre o efeito do bule completou um ciclo, pois foi estudada na alma mater de Reiner, a TU Wien, por uma equipe em torno do Dr. Bernhard Scheichl, professor do Instituto de Mecânica dos Fluidos e Transferência de Calor e Cientista-chave do Centro Austríaco de Excelência em Tribologia (AC2T research GmbH), em cooperação com o Departamento de Matemática da University College London.

"Embora este seja um efeito muito comum e aparentemente simples, é extremamente difícil explicá-lo exatamente dentro da estrutura da mecânica dos fluidos", diz Bernhard Scheichl. A borda afiada na parte inferior do bico do bule desempenha o papel mais importante:uma gota se forma, a área diretamente abaixo da borda permanece sempre molhada. O tamanho dessa gota depende da velocidade com que o líquido sai do bule. Se a velocidade for inferior a um limite crítico, essa queda pode direcionar todo o fluxo ao redor da borda e pingar na parede externa do bule.

"Conseguimos pela primeira vez fornecer uma explicação teórica completa de por que essa gota se forma e por que a parte inferior da borda sempre permanece molhada", diz Bernhard Scheichl. A matemática por trás disso é complicada – é uma interação de inércia, forças viscosas e capilares. A força de inércia garante que o fluido tende a manter sua direção original, enquanto as forças capilares diminuem a velocidade do fluido bem no bico. A interação dessas forças é a base do efeito bule. No entanto, as forças capilares garantem que o efeito comece apenas em um ângulo de contato muito específico entre a parede e a superfície do líquido. Quanto menor for este ângulo ou quanto mais hidrofílico (ou seja, molhável) for o material do bule, mais o desprendimento do líquido do bule é mais lento.

Chá no espaço

Curiosamente, a força da gravidade em relação às outras forças que ocorrem não desempenha um papel decisivo. A gravidade apenas determina a direção em que o jato é direcionado, mas sua força não é decisiva para o efeito de bule. O efeito do bule, portanto, também seria observado ao beber chá em uma base lunar, mas não em uma estação espacial sem gravidade.

Os cálculos teóricos sobre o efeito do bule foram publicados pela equipe de pesquisa em setembro de 2021 no Journal of Fluid Mechanics . Agora também foram realizados experimentos:a água foi derramada de um bule inclinado em diferentes vazões e filmada com câmeras de alta velocidade. Dessa forma, foi possível mostrar exatamente como o molhamento da borda abaixo de uma taxa crítica de vazamento leva ao “efeito bule”, confirmando assim a teoria.