O que é o salto hidráulico, o fenômeno observado por Da Vinci que só agora a ciência conseguiu explicar

Leonardo da Vinci documentou no século 16 um fenômeno curioso que você pode ver em casa todos os dias.

Ao abrirmos a torneira para escovar os dentes, a água se espalha quando toca a superfície da pia antes de cair no ralo.

Esse fenômeno se chama salto hidráulico, e, até agora, pensava-se que ocorria como resultado da ação da gravidade.

Mas Rajesh Bhagat, um estudante de doutorado em engenharia química da Universidade de Cambridge, na Inglaterra, demostrou haver outra explicação.

Segundo Bhagat, compreender a mecânica desse fenômeno pode ajudar a reduzir significativamente o consumo da água.

"Como começamos o dia? Tomando banho com uma ducha que usa entre 40 e 60 litros de água. E já vimos em locais como a Cidade do Cabo (África do Sul) como a falta de água obrigou a racionar este recurso nos últimos dois anos", diz o cientista.

"Se compreendemos o salto hidráulico e como a água se espalha, podemos entender como economizar água. Saber como manipular o limite de um salto hidráulico é muito importante, e, agora, com essa teoria, podemos facilmente ampliar ou reduzir esse limite."

O estudo tem aplicações especialmente em escala industrial. "Entender esse processo poderia reduzir drasticamente o uso industrial de água e já se está usando essa teoria no departamento de Engenharia Química da universidade", disse Bhagat.

Afinal, a que se deve esse comportamento da água?

Os fatores da Física que causam o salto hidráulico

"Quando você abre a torneira da cozinha, vê que o jato toca a superfície da pia e se espalha em uma camada fina em forma radial, que muda de espessura abruptamente, em um ponto específico", explicou Bhagat à BBC Mundo, o serviço em espanhol da BBC News.

"Essa alteração repentina da profundidade do líquido ou da espessura dessa camada é o que se chama de salto hidráulico. No exemplo da torneira, vemos um exemplo de salto hidráulico circular, mas há outros tipos no mar e em rios."

Em busca de uma explicação para os saltos hidráulicos, Bhagat disparou sobre superfícies planas jatos de água para cima e para os lados, em diferentes ângulos.

O pesquisador observou em ambos os casos os mesmos saltos hidráulicos circulares de quando a água cai para baixo.

"Qualquer que seja o ângulo ou a direção do jato, vimos em gravações com câmeras de alta velocidade que o salto hidráulico é o mesmo", explicou Bhagat à BBC News Mundo, o serviço em espanhol da BBC.

"O experimento nos indicou que a causa poderia ser qualquer uma, menos a gravidade."

Caiu por terra assim uma crença que existia desde o século 19. O cientista garante que, em vez disso, os fatores que afetam os saltos hidráulicos são a tensão superficial da água e sua viscosidade.

Um fenômeno que permite a insetos caminhar sobre a água

"Se a camada do líquido é fina, a tensão superficial é muito importante", destaca o pesquisador.

"O que acontece é que o líquido tem um momentum, uma determinada força o empurra adiante, mas a tensão superficial o empurra na direção contrária, porque quer contraí-lo e, em certo ponto, essas forças se equilibram, e ali ocorre um salto hidráulico. Demonstramos isso com equações matemáticas."

A tensão superficial mede a coesão que existe entre as moléculas de um líquido. Poderia se dizer que é a força que um objeto tem que superar para atravessar ou submergir em um líquido.

A tensão superficial é o que permite, por exemplo, que alguns insetos possam caminhar sobre a água, já que, por serem muito leves, seu peso não consegue romper a coesão que existe entre as moléculas da superfície.

Por sua vez, a viscosidade é a resistência de um fluido a mudar de forma e que se deve às forças de aderência entre as moléculas de um líquido.

Bhagat alterou em seus experimentos a tensão superficial e a viscosidade da água e conseguiu prever com precisão o tamanho dos saltos hidráulicos independentemente da direção da água.

Descoberta 'inovadora' sobre a dinâmica dos fluidos

A descoberta do estudante é "inovadora", de acordo com o professor Paul Linden, diretor de pesquisa do Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica da Universidade de Cambridge.

"Seus experimentos e teoria mostram que a tensão superficial do líquido é a chave do processo, e nunca antes se havia reconhecido isso, apesar de o problema ter sido discutido por Da Vinci e muitos outros desde então", disse Linden, coautor do estudo, publicado na revista Journal of Fluid Mechanics.

"Esse trabalho representa um feito notável para nossa compreensão da dinâmica das finas capas de fluidos."

Bhagat diz que a teoria pode ser usada de múltiplas formas para identificar formas mais eficientes de "limpar tudo, de automóveis a equipamentos de fábricas".

"Se compreendemos o salto hidráulico e como a água se espalha, podemos entender como economizar água. Saber como manipular o limite de um salto hidráulico é muito importante, e, agora, com essa teoria, podemos facilmente ampliar ou reduzir esse limite", diz ele.