A física por trás dos métodos de combate a incêndios de 300 anos pode informar o conhecimento de como nossos corações funcionam
O carro de bombeiros Newsham de 1725 inspirou os autores a examinar o efeito Windkessel e capturar a física por trás da tecnologia duradoura de um fluxo constante de água sob pressão. Crédito:Fundação Colonial Williamsburg. Compra de museu. Hoje, a tecnologia de pressão da água é onipresente e qualquer pessoa que toma banho, rega um jardim ou combate incêndios está se beneficiando da tecnologia desenvolvida para aproveitá-la. Nos séculos XVII e XVIII, porém, um fluxo constante de água, não pontuado por quedas de pressão, foi um grande avanço.
Em 1666, quando as brigadas de baldes eram a melhor linha de defesa, o Grande Incêndio de Londres queimou quase todas as estruturas de madeira compactadas da cidade. A catástrofe destruiu centenas de milhares de casas e dezenas de igrejas, demonstrando a necessidade de melhores métodos e equipamentos de combate a incêndios.
Um avanço marcante foi a invenção das “vermes sugadoras”, mangueiras de couro presas a bombas operadas manualmente. Depois veio o Windkessel, uma câmara no fundo de um vagão de madeira que comprimia o ar para bombear água continuamente através de uma mangueira, criando um fluxo constante.
Inspirado por um carro de bombeiros de 1725 que bombeava água a distâncias maiores e velocidades mais altas do que era possível anteriormente, autores publicam no American Journal of Physics analisaram o efeito Windkessel da câmara de pressão para capturar a física por trás desta tecnologia duradoura e amplamente utilizada.
"Existem muitos problemas de física fascinantes escondidos à vista de livros e artigos escritos há séculos", disse o autor Trevor Lipscombe. "Recentemente, temos trabalhado na aplicação da mecânica elementar dos fluidos a sistemas biológicos e nos deparamos com uma descrição comum em revistas médicas:que o coração atua como um Windkessel. Isso levanta a questão do que, precisamente, é um Windkessel? Seguindo a trilha , encontramos descrições do dispositivo 'verme sugador' de Lofting e no carro de bombeiros de Newsham, um aplicativo que salva vidas."
Para identificar quais fatores são mais influentes no efeito Windkessel, os autores compararam o estado inicial da câmara, a taxa na qual as brigadas de baldes poderiam despejar água (influxo volumétrico), o tempo de aumento da pressão e os efeitos no fluxo de saída avaliar.
"Quando confrontado com o projeto de Lofting, ou com o carro de bombeiros de Newsham, um físico quer resolver a ciência básica envolvida - simplesmente porque ela está lá", disse Lipscombe. "É a alegria de fazer física. Mas também há um aspecto pedagógico. Nosso artigo constrói um modelo simples que mostra como funciona um carro de bombeiros de Newsham. Estamos parcialmente respondendo à pergunta 'quando usarei essas coisas?' pergunta."
Em seguida, os autores planejam examinar o Windkessel fisiológico envolvido no sistema coração-aorta.
"O conhecimento da lei de Bernoulli, da lei dos gases ideais e da expansão isotérmica são os três ingredientes que incorporamos em um modelo para explorar como esse dispositivo funcionava", disse Lipscombe. "Mas se compreendermos melhor este sistema, poderemos olhar para os parâmetros que são importantes e ver como alterá-los pode melhorar o dispositivo."
Mais informações: De minhocas sugadoras a Windkessels:a física de um dispositivo de combate a incêndios do início do século XVIII, American Journal of Physics (2024). DOI:10.1119/5.0147573 Informações do diário: Jornal Americano de Física
