O inverno está chegando ao fim; as últimas noites de temperaturas abaixo de zero estão aqui. De manhã, ainda é possível ver o gelo ocasional em uma sarjeta ou no para-choque de um carro. Quando você olha para esses pingentes de gelo com cuidado, pode notar que eles mostram um padrão característico de ondulações – sempre com cerca de um centímetro de largura. O que causa essas ondulações? Usando uma máquina de gelo projetada por eles mesmos, físicos e químicos da Universidade de Amsterdã investigaram essa questão e descobriram que o sal desempenha um papel importante no processo de formação das ondulações.
A pesquisa foi realizada pelo estudante de doutorado Menno Demmenie e seus colegas do Instituto de Física e do Instituto Van ‘t Hoff de Ciências Moleculares da Universidade de Amsterdã. Os resultados foram publicados na revista científica Revisão Física Aplicada semana passada.
máquina de gelo
Para realizar a pesquisa, Demmenie e seus colegas construíram uma máquina de gelo real. “Em um grande freezer com janela, passamos algumas semanas nos tornando verdadeiros especialistas em crescimento de gelo”, lembra Demmenie. ‘A questão difícil era a rapidez com que a água deveria ser adicionada para fazer um bom pedaço de gelo. Se a água fluir muito rapidamente, perde-se uma quantidade relativamente grande de água, transformando o chão do freezer em uma camada de gelo. Por outro lado, se o fluxo de água for reduzido demais, o sincelo tende a crescer para cima, como uma estalagmite. Eventualmente, descobrimos que a taxa ótima de crescimento ocorre usando um fluxo de entrada de sessenta mililitros por hora, a uma temperatura de -15 °C. Isso é comparável a uma torneira pingando aproximadamente uma vez a cada três segundos.’
Uma vez encontrado o fluxo correto de água, os pesquisadores poderiam prosseguir. Usando sua máquina, eles fizeram muitos pingentes de gelo diferentes, em diferentes circunstâncias e com diferentes tipos de água. No final, o fator crucial na formação de ondulações de gelo acabou sendo a concentração de sal na água utilizada. A imagem abaixo mostra pingentes de gelo com diferentes concentrações de sal, desde pingentes de gelo feitos de água extremamente pura (à esquerda) até pingentes de gelo em água relativamente salgada (à direita). Com o aumento da concentração de sal, as ondulações nos pingentes de gelo tornaram-se mais visíveis.
Os pesquisadores usaram um truque inteligente para investigar o papel que o sal desempenha na formação de pingentes de gelo. Quando a água que forma um pedaço de gelo congela, as moléculas de sal são empurradas para fora do gelo como “impurezas”. Como resultado, a maior parte do sal é encontrada em uma fina camada de água líquida na parte externa do sincelo. Os cientistas adicionaram um corante à água que usaram, que passou pelo mesmo processo que as moléculas de sal. Isso permitiu que eles visualizassem bem onde a água salgada líquida estava presente.
Ondulações explicadas
Dessa forma, descobriu-se que o fluxo de água líquida causava o aparecimento das ondulações. Usando água pura, a camada de água líquida salgada ao redor do sincelo estava ausente e o processo de formação parecia mais uma vela pingando. Quando a água mais salgada era usada, o sincelo era cercado por uma fina película de água salgada líquida, e o fluxo dessa água criava ondulações regulares. Quanto mais sal a água contiver, mais forte será o processo, causando a formação de ondulações mais espessas.
Na natureza, a água sempre contém uma pequena concentração de sal. Isso explica as belas estruturas que encontramos em nossas calhas e para-choques de carro pela manhã – onduladas por uma fina camada de água levemente salgada que funcionou durante a noite.
Com informações de Science Daily.