O QUE EXPLOSÕES NUCLEARES E PINGOS DE CHUVAS TÊM EM COMUM?

As duas fotos abaixo notoriamente possuem semelhança na geometria e formato. A primeira foto é de uma gota invertida tingida com corante caindo um uma poça d’água, a segunda foto é de um teste nuclear acima do solo feito pelo Departamento de Energia dos EUA em 1957. Mas, como fenômenos tão distintos, possuem o mesmo formato? A mecânica dos fluidos consegue explicar.

Figura 1 – A primeira foto é uma gota d’água invertida pós impacto com a poça, a segunda é uma explosão nucelar

Analisando o primeiro fenômeno, a gota d’água: a água é mais densa que o ar, portanto a tendência é que se comporte como uma flutuação negativa, por isso a gota cai; já a “bola de fogo” criada pela explosão atômica é menos densa que o ar e, portanto, possui uma flutuação positiva, ascendente. Outro fato que contribui para essa ascensão da bola de fogo é a onda de choque gerada e refletida no solo. Onda de choque é uma onda onde propriedades como pressão, volume, temperatura e densidade variam abruptamente.

Figura 2 – Onda de choque analisando PxT

Mas o fenômeno que rege a semelhança é o anel de vórtice. Um anel de vórtice ou vórtice toroidal como também é conhecido, são movimentos espirais de um fluido em torno de um eixo de rotação imaginário. Ele ocorre pela diferença de pressão das regiões vizinhas, pois o fluido tende a equilibrar o sistema mudando a direção original do escoamento, gerando vorticidade. Um anel de vórtice se movimenta perpendicularmente ao plano do anel e, são encontrados em diversos fenômenos da natureza, como por exemplo, quando se mexe uma xícara de café, ou em correntes circulares de água, e o mais estudado é o efeito de ponta de asa. Esse efeito gera arrasto nos aviões, e é muito indesejado.

Na figura 1, o anel de vórtice no topo é um minitornado de vorticidade concentrada onde o minitornado fecha as extremidades formando um círculo, essa vorticidade indica que o fluido ascende no caso da bola de fogo e pensando na gota invertida, também.

Figura 3 – Esquematização do anel de vórtice
Figura 4 – Esquematização do anel de vórtice no caso da gota e da explosão

A mecânica dos fluidos consegue explicar de uma forma mais simples ainda, a semelhança se dá pois nos dois casos o escoamento é compressível e turbulento. E tanto a gota quanto a bola de fogo possuíam formato esférico inicialmente, os indicadores no caso da gota foi o corante e no caso do teste nuclear foi o calor e a poeira.

REFERÊNCIAS

ÇENGEL, Yunus A. Mecânica dos fluidos: Fundamentos e aplicações. Porto Alegre: AMGH Editora LTDA., 2007.

Você sabe o que é Vórtice Toroidal?