Magnetismo faz areia fluir morro acima

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/09/2023

O magnetismo gera uma força de atrito negativa.
[Imagem: Samuel R. Wilson-Whitford et al. - 10.1038/s41467-023-41327-1]

Microrroladores

Engenheiros descobriram que a areia - um tipo especial de areia que eles sintetizaram - pode de fato fluir morro acima.

Quando torque e uma força atrativa são aplicados aos grãos dessa areia especial, eles fluem colina acima, sobem paredes e até sobem e descem escadas.

"Depois de usar equações que descrevem o fluxo de materiais granulares, conseguimos mostrar conclusivamente que estas partículas se moviam de fato como um material granular, exceto que fluíam para cima," contou o professor James Gilchrist, da Universidade Lehigh, nos EUA.

Mais do que uma mera curiosidade, os pesquisadores afirmam que sua descoberta poderá abrir muitas linhas de pesquisas que poderão levar a uma vasta gama de aplicações, desde os cuidados com a saúde até o transporte de materiais e a agricultura.

Essas partículas, que a equipe chama de "microrroladores", podem ser usadas para misturar coisas, separar materiais ou mover objetos. E, como o trabalho teórico que embasou os experimentos revelou uma nova forma de pensar sobre como as partículas se aglomeram e funcionam coletivamente, isso abre caminho para uso da técnica em microrrobótica, que por sua vez tem aplicações na área médica. A equipe também já testou com sucesso o uso dos microrroladores no solo, como meio de fornecer nutrientes às plantas através de um material poroso.

Coeficiente de atrito negativo

A equipe estava trabalhando com microencapsulação, uma técnica que incorpora um material ativo no interior de partículas ou cápsulas, largamente usada no campo dos medicamentos e está sendo pesquisada para a liberação de nutrientes e adubos na agricultura.

Por acaso, o pesquisador Samuel Whitford girou um ímã sob um frasco das partículas de polímero (entre 19 e 26 micrômetros de diâmetro) revestidas com uma camada de ferro (100 nanômetros de espessura) com as quais estava trabalhando. O que aconteceu foi totalmente inesperado: Os pequenos grãos começaram a se amontoar morro acima. Basta tirar o ímã para que os grãos voltem a se comportar normalmente, fluindo morro abaixo.

Passada a surpresa, a equipe estudou detalhadamente o que estava acontecendo e descobriu que, quando recebia um torque, representado pela força magnética dos ímãs, cada partícula começava a girar, criando pares temporários, que rapidamente se formavam e se desfaziam. O resultado, explica Gilchrist, "é uma coesão que gera um ângulo de repouso negativo devido a um coeficiente negativo de atrito".

"Até agora, ninguém teria usado esses termos, eles não existiam," disse ele. "Mas, para entender como esses grãos estão fluindo morro acima, calculamos quais são as tensões que os fazem se mover naquela direção. Se você tem um ângulo de repouso negativo, então você deve ter coesão para dar um coeficiente de atrito negativo. Essas equações de fluxo granular nunca foram derivadas para considerar essas coisas, mas depois de calculá-las, o que resultou é um coeficiente de atrito aparente que é negativo. "

Atrito negativo

O atrito negativo vem surpreendendo os cientistas desde que ele observado pela primeira vez, há cerca de uma década, mas hoje já se sabe que um atrito negativo quântico pode até acelerar o movimento de um objeto.

Isso explica o entusiasmo da equipe. "Estamos estudando essas partículas até morrer, experimentando diferentes taxas de rotação e diferentes quantidades de força magnética para entender melhor seu movimento coletivo. Basicamente, eu já sei os títulos dos próximos 14 artigos científicos que publicaremos," brincou Gilchrist.

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