Dinâmica dos Fluídos

Os fluidos e gases podem se mover de forma estranha e misteriosa, que nem sempre são evidentes aos nossos olhos. Certas técnicas e um pouco de sorte, entretanto, podem capturar a dinâmica dos fluidos em ação. Conheça algumas das formas belas no qual eles fluem:

1 – ONDA DE CHOQUE SUPERSÔNICA

Quando um objeto se move mais rápido que a velocidade do som, coisas engraçadas acontecem. A bala na imagem acima está se movendo tão rápido que o ar na frente dela não consegue sair do caminho com a rapidez necessária. Então ele começa a se acumular na frente da bala, formando uma área de ar comprimido: uma onda de choque.

A mesma coisa acontece com jatos supersônicos. Como eles voam mais rápido que a velocidade do som, constroem uma onda de choque na frente deles. O som que acompanha essas aeronaves é a própria onda de ar comprimido.

2 – “ESTEIRA DE VÓRTICE” VON KÁRMÁN

Na imagem acima, os ventos que sopram nuvens sobre o Oceano Pacífico encontram obstáculos (ilhas do Alasca). Duas das ilhas são visíveis como manchas escuras no lado direito da foto. Quando os fluxos, como correntes de ar, encontram um objeto como uma ilha, eles se separaram e contornam o obstáculo. Isso configura uma área de baixa pressão logo atrás do objeto. Como o ar circula ao redor da ilha, os fluxos se curvam. Essas ondas, ou vórtices, giram e se separam do fluxo.

3 – MOVIMENTO INVERTIDO

Isso acontece quando um objeto principal encontra objetos “mais lentos” atrás dele. Um exemplo é quando os fluxos encontram objetos passivos, como bandeiras, dispostas uma atrás da outra. Bandeiras são consideradas passivas porque flutuam com a brisa conforme ela muda, a seu dispor, ao contrário dos humanos que são considerados objetos rígidos.

Nessa imagem, duas linhas brancas em forma de S são bandeiras. A bandeira de trás corta o rastro da bandeira da frente, reduzindo a resistência dela.

4 – INSTABILIDADE DE SAFFMAN-TAYLOR

Esses belos padrões são o resultado de interações entre fluidos de viscosidade diferente (uma medida do quão grosso um líquido é). Por exemplo, a água é menos viscosa do que o mel. Na imagem, um fluido viscoso chamado glicerina é imprensado entre duas placas. Quando um fluido menos viscoso como a água é injetado, se “intromete” formando figuras como “dedos”.

5 – CONVECÇÃO

Um exemplo clássico de convecção começa com a taça na imagem acima, cheia de água quente. Como o ar em torno do vidro esquenta, ele começa a subir. Eventualmente, o ar perde seu calor para o ambiente fresco e afunda novamente.

Na segunda imagem abaixo, um cubo de gelo flutuando em uma piscina de água esfria o líquido em torno dele. Como a água fria é mais densa que a água quente, o líquido mais pesado começa a afundar.

6 – CAVITAÇÃO

Quando um objeto como uma hélice se move através de um fluido com velocidade suficiente, cria um vazio no líquido. A cavidade, ou bolha, gera ondas de choque e jatos de água. Bolhas de cavitação também podem se formar quando uma pequena área de água é atingida por uma faísca elétrica ou laser, o que cria uma bolha de gás que rapidamente implode, também gerando ondas de choque e jatos de água.

Na imagem acima, um laser criou uma bolha de cavitação em uma gota de água. Quando ela entrou em colapso, formou dois jatos – um mais alto e fino, no meio de um mais curto e largo. O pequeno anel de bolhas no interior da gota são os restos da primeira bolha de cavitação.

7 – INSTABILIDADE DE KELVIN-HELMHOLTZ

As ondas nas nuvens da imagem acima ilustram o que acontece quando dois fluxos viajam ao lado um do outro em velocidades diferentes, criando o que é conhecido como instabilidade de Kelvin-Helmholtz. Quando isso ocorre, a área onde os dois fluxos passam acumula atrito, que “enrola” uma camada em vórtices. Esse movimento aparece bem em planetas como Saturno (abaixo), que têm faixas atmosféricas alternadas.

8 – JATO SALTITANTE

Normalmente, quando você derrama um líquido em outro líquido, o fluxo “mergulha” (um dentro do outro). Mas se esse primeiro líquido estiver se movendo quando o outro líquido o atingir, o fluxo pode saltar ao longo de uma fina camada de ar logo acima da superfície.

Na imagem, óleo de silicone é colocado em uma piscina em movimento do mesmo líquido. Quando o fluxo atinge a camada de ar acima da piscina, o peso “encurva” a superfície como um elástico. O óleo então salta e forma arcos sobre a piscina.