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Cientistas descobrem o quão escorrendo um líquido pode ser
Cientistas da Universidade Queen Mary de Londres e da Academia Russa de Ciências encontraram um limite para a vazão de um líquido.
Por Queen Mary, Universidade de Londres - 24/04/2020


A imagem mostra como constantes fundamentais da natureza estabelecem o limite
inferior fundamental para a viscosidade do líquido. Crédito: thehackneycollective.com

A viscosidade, a medida de quão escorrendo um fluido, é uma propriedade que experimentamos diariamente quando enchemos uma chaleira, tomamos um banho, derramamos óleo de cozinha ou nos movemos pelo ar.

Sabemos que os líquidos ficam mais espessos quando resfriados e escorrem quando aquecidos, mas como um líquido pode ficar escorrendo se continuarmos a aquecê-lo?

Eventualmente, o líquido ferve e se torna um gás ou uma substância densa semelhante a gás se aquecido a alta pressão. No ponto em que transita entre o estado líquido e o gás, está o valor mínimo de viscosidade.

A viscosidade é considerada impossível de calcular a partir da teoria porque depende fortemente da estrutura, composição e interações líquidas, bem como das condições externas de uma maneira complicada. O ganhador do Nobel Steven Weinberg comparou a dificuldade de calcular a viscosidade da água ao problema de calcular constantes físicas fundamentais, as constantes que moldam o tecido do nosso Universo.

Apesar dessa dificuldade, os pesquisadores desenvolveram uma equação para fazer isso.

No estudo, publicado na Science Advances , eles mostram que duas constantes físicas fundamentais governam o quão líquido um líquido pode ser. Constantes físicas, ou constantes da Natureza, são propriedades mensuráveis ​​do universo físico que não mudam.

A imagem mostra como constantes fundamentais da natureza estabelecem o limite inferior fundamental para a viscosidade do líquido. Crédito: thehackneycollective.com
Sua equação relaciona o valor mínimo da viscosidade elementar (o produto da viscosidade e o volume por molécula) à constante de Planck, que governa o mundo quântico, e a proporção de massa próton-elétron adimensional .

A professora Kostya Trachenko, principal autora do artigo da Universidade Queen Mary de Londres, disse: "Esse resultado é surpreendente. A viscosidade é uma propriedade complicada que varia fortemente para diferentes líquidos e condições externas. No entanto, nossos resultados mostram que a viscosidade mínima de todos os líquidos gira ser simples e universal ".

"O limite fundamental mais baixo nos lembra como as constantes fundamentais da Natureza nos afetam diariamente, começando por fazer uma xícara de chá pela manhã, estendendo sua regra abrangente a propriedades específicas, porém complexas, como a viscosidade líquida".


Há implicações práticas de descobrir esse limite também. Pode ser aplicado quando for necessário um novo fluido para um processo químico, industrial ou biológico com baixa viscosidade. Um exemplo em que isso é importante é o uso recente de fluidos supercríticos para maneiras ecológicas e ambientalmente limpas de tratar e dissolver produtos residuais complexos.
 
Nesse caso, o limite fundamental descoberto fornece um guia teórico útil sobre o que procurar. Também nos diz que não devemos desperdiçar recursos tentando superar o limite fundamental, porque as constantes da Natureza moldarão a viscosidade nesse ponto ou acima dele.

Acredita-se que constantes físicas fundamentais e, em particular, constantes sem dimensão (constantes fundamentais que não dependem da escolha de unidades físicas) definem o Universo em que vivemos. Um equilíbrio bem ajustado entre a razão de massa próton-elétron e outra constante sem dimensão , a estrutura fina constante, governa reações nucleares e síntese nuclear em estrelas, levando a elementos bioquímicos essenciais, incluindo carbono.

Esse equilíbrio fornece uma 'zona habitável' estreita, onde estrelas e planetas podem se formar e estruturas moleculares de suporte à vida podem emergir. Mude ligeiramente uma das constantes fundamentais sem dimensão, e o Universo se tornará muito diferente, sem estrelas, elementos pesados, planetas e vida.

O professor Trachenko disse: "O limite fundamental mais baixo nos lembra como as constantes fundamentais da Natureza nos afetam diariamente, começando por fazer uma xícara de chá pela manhã, estendendo sua regra abrangente a propriedades específicas, porém complexas, como a viscosidade líquida".

Vadim Brazhkin, co-autor principal da Academia Russa de Ciências, acrescentou: "Há indicações de que o limite inferior fundamental da viscosidade do líquido pode estar relacionado a áreas muito diferentes da física: buracos negros e o novo estado da matéria, quark plasma de gânglio, que aparece em temperaturas e pressões muito altas. Explorar e apreciar essas e outras conexões é o que torna a ciência cada vez mais emocionante ".

 

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