Cientistas desvendam mistério que intrigou Leonardo Da Vinci e que estava sem solução há 500 anos

Há mais de 500 anos, o pintor e inventor italiano Leonardo da Vinci (1452-1519) estava observando bolhas de ar flutuando na água e notou que algumas delas inexplicavelmente faziam movimentos espiralados ou de ziguezague em vez de subir em linha reta até a superfície. Durante séculos, ninguém conseguiu dar uma explicação cientificamente satisfatória para esse estranho desvio no movimento de algumas bolhas – conhecido como “paradoxo de Leonardo”.

Em estudo publicado na última terça (17/1) na revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences (Pnas), os pesquisadores Miguel A. Herrada, da Universidade de Sevilla, na Espanha, e Jens G. Eggers, da Universidade de Bristol, no Reino Unido, afirmam que resolveram o enigma secular por meio de simulações computacionais que permitiram medições de alta precisão do efeito físico.

Os resultados sugerem que as bolhas atingiriam um tamanho crítico que as empurra para caminhos novos e instáveis devido às interações entre o fluxo de água ao redor e as sutis alterações em suas formas. “O movimento das bolhas na água desempenha um papel central em uma ampla gama de fenômenos naturais, desde a indústria química até o meio ambiente. A ascensão de uma única bolha flutuando serve como um paradigma muito estudado, tanto experimental quanto teoricamente”, afirmam os autores, citados pelo site americano Vice.

No entanto, eles explicam que apesar de todos os esforços e do alto poder de computação, não foi possível conciliar experimentos com simulações de equações hidrodinâmicas para uma bolha de ar deformável na água. “Isso é verdade em particular para observações curiosas como as de Leonardo da Vinci, das grandes bolhas de ar que executam movimentos periódicos, em vez de subir ao longo de uma linha reta”, completam os cientistas.

Como vemos bolhas o tempo todo em nossas vidas diárias, esquecemos que elas são dinamicamente complicadas e muitas vezes difíceis de estudar por meio de experimentos. Como mostra o Vice, as bolhas que sobem na água são influenciadas por uma série de forças, como viscosidade do fluido, fricção da superfície e outras que atuam no entorno delas. Essas forças fazem com que as bolhas mudem de forma e, assim, afetem a dinâmica da água que flui ao redor delas.

Leonardo Da Vinci já havia notado, e outros cientistas confirmaram desde então, que as bolhas de ar com um raio esférico menor que um milímetro tendem a seguir um caminho reto para cima, enquanto as maiores desenvolvem uma oscilação que resulta em espirais ou ziguezagues nas trajetórias.

Miguel A. Herrada e Jens G. Eggers usaram as equações de Navier-Stokes, que são fórmulas matemáticas que ajudam a descrever o movimento de fluidos viscosos, para simular a complexa interação entre as bolhas e o meio. No estudo atual, foi identificado que as bolhas com 0,926 mm de raio, aproximadamente o tamanho de uma ponta de lápis, seriam responsáveis por iniciar o movimento aleatório.

Bolhas que ultrapassam esse raio crítico tornam-se mais instáveis, produzindo uma inclinação que altera suas curvaturas. A mudança na curvatura aumenta a velocidade da água ao redor da superfície da bolha, iniciando a oscilação. Em seguida, ela retorna à posição original devido ao desequilíbrio de pressão criado pelas deformações em sua forma curva. Esse processo é repetido ciclicamente.

Além de resolver um paradoxo de 500 anos, o estudo recém-divulgado ajuda a esclarecer uma série de questões envolvendo o comportamento de bolhas e outros objetos que desafiam a hidrodinâmica, como a interação de partículas em ambientes com estrutura intermediária entre sólido e gás.