Dinâmica de Bolhas de Ar em H2O e Glicerina

Abstract

Bolhas de ar em água apresentam movimentos ascendentes retilíneos somente quando forem suficientemente pequenas (diâmetro menor que ~ 2 mm). Bolhas maiores seguem trajetórias planares oscilatórias ou espiraladas. Desde Leonardo da Vinci no século XV, as observações científicas desses movimentos tipo zigue-zague desafiam e encantam os cientistas. Atualmente, para o movimento de bolhas com diâmetro maiores que 2 mm, o entendimento é que existe uma transição de um regime unidirecional para um regime espiralado devido a instabilidade do “rastro” deixado pela bolha, que pode causar uma força de deslocamento lateral. Neste trabalho, apresenta-se uma investigação da dinâmica de bolhas de ar em água através de um aparato experimental muito simples: uma coluna de água montada utilizando um tubo de PVC transparente. Na base do tubo é instalada uma agulha pela qual se introduz pequenas porções de ar, formando-se bolhas de diferentes tamanhos. Os movimentos destas bolhas de ar são filmados em câmera lenta (120 frames por segundo) por um smartphone. Os vídeos são analisados através de um software de análise gráfica (Tracker). Dessa forma, tem-se acesso direto às amplitudes e períodos da trajetória oscilante das bolhas, bem como de suas velocidades de ascensão e de oscilação. Com tais dados, obtém-se a magnitude da força de deslocamento lateral e um coeficiente de arrasto médio quadrático. Ainda, realiza-se a mesma investigação para várias temperaturas dos líquidos envolvidos buscando-se encontrar relações entre as velocidades limites das bolhas e a temperatura dos líquidos.