Quando colocamos sobre um líquido menos denso um outro mais denso e imiscível, este desce sob a ação da gravidade. A menos que se utilizem técnicas que evitem essa queda como, por exemplo, através de um oscilador vertical.
Foi o que fizeram Apffel et al 1. Eles colocaram óleo de silicone ou glicerol sobre uma camada de ar num vasilhame de acrílico preso a um oscilador vertical, controlando tanto a sua amplitude como a sua frequência de oscilação. Existe um valor máximo da amplitude de oscilação acima do qual a lâmina formada pelo fluido mais denso se desestabiliza. Para evitar o colapso, foi que eles utilizaram fluidos bem viscosos, como óleo de silicone ou glicerol. Com esses cuidados, eles conseguiram fazer levitar uma e até duas camadas de óleo sobre um ou dois colchões de ar (veja vídeo no YouTube 2).
Em seus experimentos, através de uma seringa, eles injetaram ar na lâmina de óleo e a bolha que se formou tanto poderia subir (descer) para a interface superior (inferior). Devido à oscilação, o volume e a pressão do colchão de ar sob a lâmina de óleo variam com o tempo. Supondo o ar um gás ideal num processo isotérmico, além da usual força de empuxo para cima, eles mostraram o surgimento da força de Bjerknes para baixo. Dessa maneira, medindo a partir da interface superior, existe uma profundidade crítica que leva a um comportamento paradoxal: abaixo dela as bolhas sobem, acima dela as bolhas de ar descem.
Continuando a análise teórica, Apffel et al 1 demonstraram que para baixas velocidades do fluido denso e baixas frequências (tipicamente de 60 a 100 Hz) há o surgimento de um novo termo dinâmico que permitirá um equilíbrio estável. Nos seus experimentos, eles colocaram barcos de plástico na interface superior e inferior e observaram que a flutuação e o equilíbrio estável eram os mesmos – tudo se passava como se o sentido da aceleração da gravidade tivesse se invertido – um efeito estranho e contraintuitivo 3.
Referências:
1 Benjamin Apffel, Filip Novkoski, Antonin Eddi and Emmanuel Fort. Nature volume 585, pages48–52(2020)
2 https://www.youtube.com/watch?v=bodsuTucSxQ&feature=youtu.be
3 https://youtu.be/n7UtAR3Tw1Q
Dois barcos idênticos flutuando de maneira estável em líquido levitando
Crédito: Benjamin Apffel et al., Nature.
