Caindo da ponta de um pincel suspenso no ar, uma gota de tinta toca uma superfície pintada e floresce em uma obra-prima de beleza em constante mudança. Ele tece uma tapeçaria de padrões intrincados e em evolução. Alguns deles lembram flocos de neve ramificados, raios ou neurônios, sussurrando a expressão única da visão do artista.

Pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) decidiram analisar os princípios físicos desta técnica fascinante, conhecida como pintura dendrítica. Eles se inspiraram na arte da artista de mídia japonesa Akiko Nakayama. O trabalho está publicado na revista PNAS Nexus .

Durante suas apresentações de pintura ao vivo, ela aplica gotas coloridas de tinta acrílica misturada com álcool sobre uma superfície plana revestida com uma camada de tinta acrílica. Lindos fractais – formas geométricas semelhantes a árvores que se repetem em diferentes escalas e são frequentemente encontradas na natureza – aparecem diante dos olhos do público. Esta é uma forma de arte cativante movida pela criatividade, mas também pela física da dinâmica dos fluidos.

"Tenho uma profunda admiração por cientistas, como Ukichiro Nakaya e Torahiko Terada, que fizeram contribuições notáveis ​​tanto para a ciência quanto para a arte. Fiquei muito feliz em ser contatado pelo físico da OIST, Chan San To. Tenho inveja de sua capacidade de dialogar ' com os padrões dendríticos, observando como eles mudam de forma em resposta a diferentes abordagens foi maravilhoso", explica Nakayama.

"Os pintores muitas vezes empregam a mecânica dos fluidos para criar composições únicas. Vimos isso com David Alfaro Siqueiros, Jackson Pollock e Naoko Tosa, só para citar alguns. Em nosso laboratório, reproduzimos e estudamos técnicas artísticas, para entender como as características dos fluidos influenciam o resultado final", diz o professor do OIST Eliot Fried, da Unidade de Mecânica e Materiais do OIST, que gosta de observar pinturas dendríticas de ângulos artísticos e científicos.

Na pintura dendrítica, as gotículas feitas de tinta e álcool experimentam várias forças. Uma delas é a tensão superficial – a força que torna as gotas de chuva esféricas e permite que as folhas flutuem na superfície de um lago.

Em particular, como o álcool evapora mais rapidamente que a água, altera a tensão superficial da gota. As moléculas de fluido tendem a ser puxadas em direção à borda da gota, que possui maior tensão superficial em comparação ao seu centro. Isso é chamado de efeito Marangoni e é o mesmo fenômeno responsável pela formação de lágrimas de vinho – as gotículas ou estrias de vinho que se formam no interior de uma taça de vinho após girar ou inclinar.

Em segundo lugar, a camada de tinta subjacente também desempenha um papel importante nesta técnica artística. Dr. Chan testou vários tipos de líquidos. Para que os fractais surjam, o líquido deve ser um fluido cuja viscosidade diminui sob tensão de cisalhamento, o que significa que deve se comportar como o ketchup.

É do conhecimento geral que é difícil tirar o ketchup da garrafa, a menos que você o agite. Isso acontece porque a viscosidade do ketchup muda dependendo da tensão de cisalhamento. Ao agitar a garrafa, o ketchup fica menos viscoso, facilitando a colocação no prato. Como isso se aplica à pintura dendrítica?

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"Na pintura dendrítica, a gota de tinta em expansão corta a camada de tinta acrílica subjacente. Não é tão forte quanto a agitação de um frasco de ketchup, mas ainda é uma forma de tensão de cisalhamento. Tal como acontece com o ketchup, quanto mais estresse houver, maior será a tensão de cisalhamento. mais fácil é o fluxo das gotas de tinta", explica o Dr. Chan.

"Também mostramos que a física por trás dessa técnica de pintura dendrítica é semelhante à forma como o líquido viaja em um meio poroso, como o solo. Se você olhasse a mistura de tinta acrílica no microscópio, veria uma rede de estruturas microscópicas feito de moléculas de polímero e pigmentos, a gota de tinta tende a encontrar seu caminho através dessa rede subjacente, viajando por caminhos de menor resistência, que levam ao padrão dendrítico", acrescenta o Prof. Fried.

Cada impressão dendrítica é única, mas há pelo menos dois aspectos principais que os artistas podem levar em consideração para controlar o resultado da pintura dendrítica. O primeiro e mais importante fator é a espessura da camada de tinta espalhada na superfície. Dr. Chan observou que fractais bem refinados aparecem com uma camada de tinta mais fina que meio milímetro.

O segundo fator a ser experimentado é a concentração do meio diluente e da tinta nesta camada de tinta. Dr. Chan obteve os fractais mais detalhados usando três partes de meio diluente e uma parte de tinta, ou duas partes de meio diluente e uma parte de tinta. Se a concentração de tinta for maior, a gota não consegue se espalhar bem. Por outro lado, se a concentração de tinta for menor, formar-se-ão bordas difusas.

Este não é o primeiro projeto de ciência e arte em que os membros da Unidade de Mecânica e Materiais embarcaram. Por exemplo, eles projetaram e instalaram uma escultura móvel no campus da OIST. A escultura exemplifica uma família de dispositivos mecânicos, chamados caleidociclos de Möbius, inventados na Unidade, que podem oferecer diretrizes para a concepção de compostos químicos com novas propriedades eletrônicas.

Atualmente, o Dr. Chan também está desenvolvendo novos métodos para analisar como a complexidade de um esboço ou pintura evolui durante sua criação. Ele e o Prof. Fried estão otimistas de que esses métodos possam ser aplicados para descobrir estruturas ocultas em imagens de fluidos em fluxo capturadas experimentalmente ou geradas numericamente.

“Por que deveríamos limitar a ciência apenas ao progresso tecnológico?” pergunta o Dr. "Também gosto de explorar o seu potencial para impulsionar a inovação artística. Faço arte digital, mas admiro muito os artistas tradicionais. Sinceramente, convido-os a experimentar vários materiais e a contactar-nos se estiverem interessados ​​em colaborar e explorar a física escondido em suas obras de arte."

Instruções para criar pintura dendrítica em casa

Todos podem se divertir criando pinturas dendríticas. Os materiais necessários incluem uma superfície não absorvente (vidro, papel sintético, cerâmica, etc.), um pincel, uma escova de cabelo, álcool isopropílico (álcool isopropílico), tinta acrílica, tinta acrílica e meio de vazamento.

1. Dilua uma parte de tinta acrílica em duas ou três partes de meio de vazamento ou teste outras proporções para ver como o resultado muda
2. Aplique uniformemente na superfície não absorvente usando uma escova de cabelo. Os físicos da OIST descobriram que a espessura da tinta afeta o resultado. Para obter os melhores fractais, recomenda-se uma camada de tinta mais fina que meio milímetro.
3. Misture álcool isopropílico com tinta acrílica. A densidade da tinta pode variar de marca para marca:experimente misturar álcool e tinta em proporções diferentes
4. Quando a tinta branca ainda estiver úmida (ainda não tiver secado), aplique uma gota da mistura de tinta com álcool usando um pincel ou outra ferramenta, como uma vara de bambu ou um palito de dente.
5. Aproveite sua obra-prima à medida que ela se desenvolve diante de seus olhos.

Mais informações: San To Chan et al, Marangoni espalhando-se em substratos líquidos na arte de novas mídias, PNAS Nexus (2024). DOI:10.1093/pnasnexus/pgae059
Informações do diário: PNAS Nexus

Fornecido pelo Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa