Ciência

O mistério do laço da fita adesiva

Twan Wilting defendeu sua tese de doutorado no Departamento de Física Aplicada e Educação Científica no dia 4 de junho.

Quando você pressiona os dois lados adesivos de um pedaço de fita adesiva em um único ponto, forma-se um laço. Tente separar o laço e algo estranho acontece. Em vez de se abrir instantaneamente, o laço primeiro fica muito menor, até que a fita adesiva finalmente se solta. Esse fenômeno intrigou tanto o pesquisador da TU/e, Twan Wilting, que ele decidiu estudá-lo como parte de seu trabalho de doutorado.

/ Martina Silbrnikova

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Na época, Wilting estava fazendo mestrado em Física Aplicada na TU/e. Ele estava sentado em sua sala de estudante e de repente ficou intrigado com o comportamento de um pedaço de fita adesiva perfeitamente comum.

“Ocorreu-me que um laço de fita adesiva não se solta imediatamente se você puxá-lo; em vez disso, primeiro fica menor”, ​​explica ele. “Eu pensei, ‘ah, isso é estranho, como isso funciona’”” Wilting entrou em contato com várias pessoas na internet, mas ninguém sabia a resposta. “O fascínio diminuiu um pouco, mas a dúvida ficou na minha cabeça”, diz o doutorando.

Problema com fita adesiva

Certo dia, em uma palestra, ele viu outra oportunidade. O palestrante foi o professor Jacco Snoeijer e ele falou sobre adesivos.

“Peguei uma fita adesiva na recepção, fui até ele no intervalo, demonstrei o problema do laço da fita adesiva e disse: 'Explique isso'”, conta ele, rindo. E quando Snoeijer também não sabia a resposta, a bola começou a rolar. Wilting decidiu desvendar o mistério da fita adesiva como parte de sua própria pesquisa de doutorado.

Comportamento de natação coletiva

A maior parte da pesquisa de doutorado de Wilting não trata de fita adesiva, mas do comportamento coletivo de natação de bactérias em gotículas em evaporação. Wilting observou como as bactérias se dispersam enquanto nadam em um líquido que está secando e os padrões que isso cria.

Uma maior compreensão fundamental desse comportamento é útil. Pode ajudar-nos, por exemplo, a prever como as bactérias sobrevivem em gotículas de humidade e que padrões de secagem irão formar. Conhecimento que pode nos ajudar a impedir sua dispersão.

Wilting: “O 'problema da fita adesiva' não estava entre meus objetivos nem em meu contrato, mas felizmente meu orientador ficou feliz com a ideia de passar parte do meu doutorado trabalhando nisso.” Eventualmente, o candidato ao doutorado passou 18 meses resolvendo o problema da fita adesiva.

(Uma visão geral mostrando vários padrões formados por bactérias na borda da gota à medida que ela evapora. Fonte: tese de doutorado de Twan Wilting.)

Trabalho meticuloso

O primeiro passo de Wilting foi construir uma configuração experimental equipada com uma câmera. Isso permitiria que ele capturasse as melhores imagens possíveis de como a fita adesiva se deforma quando separada. “Comprei uma variedade de fitas adesivas – nas lojas Hema, Jumbo, Action e em muitas outras lojas – para ver se havia alguma diferença entre elas”, explica.

Em seguida veio o trabalho meticuloso de alinhar perfeitamente a fita adesiva, antes de colá-la para formar um laço perfeito.

“Se uma peça estiver ligeiramente torta, quanto mais você puxa, mais a fita enrola, e não queremos isso. Este é um trabalho manual muito preciso.” Ao todo, Wilting precisou de cerca de meio quilômetro de fita adesiva para realizar seus experimentos.

No laboratório, ele mostra a configuração e explica como tudo funciona. Depois de fazer um bom laço em um pedaço de fita adesiva, ele prende a fita na máquina (veja a imagem à direita).

“Então você define uma velocidade constante – qualquer coisa de muito lenta a muito rápida – e o loop é desfeito”, diz ele. Enquanto isso, a câmera captura a fita adesiva de perfil. “Realizamos vários experimentos, variando o tempo necessário para separar o loop de 30 segundos a até doze horas”, diz Wilting. Ele descobriu que a velocidade de tração influencia a curvatura e o tamanho do laço quando ele é liberado. “Quanto mais rápido você puxa, menor fica o laço antes que a fita se desfaça.”

Doutorado na foto

O que é isso na capa da sua dissertação?

“Uma imagem de bactérias na borda de uma gota em evaporação. Você pode ver que algumas bactérias foram lavadas na borda e que a espessura dessa camada não é consistente. Este é um dos padrões que surge à medida que as gotículas evaporam que eu descrevo em minha tese.”

COMO VOCÊ DEIXA O VAPOR QUANDO NÃO ESTÁ NO LABORATÓRIO?

“Andando de moto. Moro em um prédio reformado fazenda no meio do nada, para que eu possa cortar lenha ou fazer jardinagem para relaxar. Quando não está chovendo, prefiro estar ao ar livre.”

Como sua pesquisa ajuda a sociedade?

“Se conseguirmos compreender melhor como as bactérias se dispersam com base nos padrões de secagem, podemos impedir ou acelerar a colonização, dependendo da aplicação, controlando a evaporação”.

Que conselhos você gostaria de ter recebido quando iniciou seu doutorado?

“Nunca tive medo de abordar as pessoas e fazer perguntas. Mas talvez devesse ter perguntado com um pouco mais de frequência: 'Posso ver você trabalhar'' e depois seguir alguém por, digamos, dois meses no laboratório. Você pode dizer alguém como fazer algo, mas é ainda melhor aprender fazendo juntos.”

Qual é o próximo capítulo para você?

“Agora trabalho para a Philips Healthcare na Best. Meu trabalho não tem nada a ver com pesquisa fundamental sobre gotículas ou fita adesiva; uso principalmente habilidades como programação, por exemplo, escrever software para câmeras, processamento de imagem. A equipe em que faço parte está trabalhando na automatização dos testes de scanners de raios X.”

O tamanho crítico do loop

Ele também encontrou a resposta para a pergunta-chave: por que o laço primeiro fica menor antes de ser liberado e quais forças isso envolve?

“Imagine que você tem um laço de fita adesiva, você pode rotular os dois pontos de contato mais externos como A e B”, explica ele [see image below, ed.]. “Quando puxo a fita adesiva, a curvatura no ponto B aumenta e em um valor crítico posso fazer o ponto B se mover, ou seja, o contato aqui é liberado. Então a distância entre A e B diminui, até que o ponto A comece a 'sentir' 'a presença do ponto B.”

Se houver uma diferença na curvatura numa distância muito curta, o equilíbrio de energia é afetado. A fita adesiva pode reduzir a energia total (de flexão), reduzindo a curvatura no ponto A, conseguida empurrando-se contra si mesma no ponto A. Isto estende a superfície de contato e o laço diminui de tamanho. Eventualmente, a curvatura no ponto A torna-se tão grande que é alcançado um valor crítico no qual a fita adesiva se solta no ponto A – este é o tamanho crítico do loop.

Juntamente com os seus colegas, Wilting criou um modelo para descrever este comportamento. Tomando como ponto de partida a equação da elasticidade que descreve como os materiais finos se dobram, eles adicionaram a contribuição de energia que descreve a interação entre os pontos de contato A e B. Eles chegaram a um modelo que pode descrever a deformação e prever o momento em que o loop vai desmoronar.

A descoberta mais importante de sua pesquisa é que a força necessária para abrir um laço não é constante, mas continua aumentando.

“Isso não foi incluído no pensamento anterior; na verdade, você precisa de mais energia do que o esperado”, diz Wilting. O modelo pode ser utilizado em diversas aplicações em que o objetivo é evitar o rompimento de camadas adesivas ou, inversamente, remover laços e bolhas, como é o caso no empilhamento de camadas de grafeno, na eletrônica ou no design de protetores de tela. “Agora é possível calcular com precisão quanta força será necessária e a carga máxima que o material suportará antes de quebrar”, diz o pesquisador.

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