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Invisibilidade aquática: navios e submarinos que não fazem ondas

Invisibilidade aquática: navios e submarinos que não fazem ondas
Nas simulações em computador, uma esfera movendo-se lentamente não deixa qualquer onda atrás de si (esquerda). Em velocidades mais altas, a camuflagem aquática reduz a turbulência deixada pelo movimento dentro da água (centro e direita). [Imagem: Urzhumov/Smith/Wikimedia]

Tipos de invisibilidade

Mantos, tapetes, escudos e até carpetes de invisibilidade tornaram-se bem conhecidos do público desde o início das pesquisas com os metamateriais.

Embora esses materiais sintéticos já estivessem sendo testados antes, foi só em 2006 que um grupo de cientistas propôs que eles poderiam ser usados para tornar as coisas invisíveis.

Desde então, o conceito já foi demonstrado experimentalmente não apenas para mantos da invisibilidade ópticos, mas também para camuflagens sonoras e até para esconder eventos no tempo.

Camuflagem para submarinos e navios

Agora, Yaroslav Urzhumov e David Smith, os dois pioneiros dos mantos da invisibilidade, estão propondo que é possível criar também uma camuflagem para navios e submarinos, usando os mesmos metamateriais.

A ideia é que, assim como já se demonstrou que os metamateriais podem desviar as ondas de luz para deixar um objeto invisível, será possível usá-los para escapar das ondas de água geradas pelos navios e submarinos, fazendo com que as embarcações naveguem praticamente sem atrito, como se estivessem se movendo em um "vácuo".

Quando construídas, essas camuflagens aquáticas poderão tornar as embarcações muito mais eficientes e mais rápidas, além de não poderem ser detectadas pelas técnicas tradicionais.

A teoria é a mesma dos mantos da invisibilidade, com a diferença de que, em vez de evitar que as ondas de luz choquem-se com os objetos e os tornem visíveis, os pesquisadores agora propõem que o escudo de metamateriais evite que a água "sinta" o objeto que está se movendo através dela, inibindo a formação de ondas e evitando o arrasto que dificulta o movimento na água.

Dobrando as ondas

Da mesma forma que a relatividade geral mostra que a gravidade dobra o espaço-tempo, as equações da chamada óptica transformacional mostram como materiais com propriedades não encontradas na natureza, construídos artificialmente, podem dobrar e desviar ondas - sejam ondas de luz, de som ou de água.

Mas há uma diferença fundamental quando se lida com a água: nas "ondas não-aquáticas" o fluido não se move, o que significa que não há qualquer transferência de massa. Na água as coisas são bem diferentes.

Urzhumov e Smith afirmam que isso não é problema: basta que o escudo aquático seja poroso e tenha uma estrutura anisotrópica, apresentando diferentes índices de resistência ao fluxo do fluido ao longo do casco da embarcação. Isso permitirá que a água flua ao longo do casco de tal forma a ficar praticamente parada depois de atingir o fim da embarcação, sem gerar turbulência.

Camuflagem ativa

O problema é a massa, já que a água terá que ser "afastada" para que o navio ou submarino passe como se estivesse nesse "vácuo fluídico".

A solução é um escudo ativo, que bombeie a água conforme ela perde velocidade ao ser guiada ao longo do casco.

Os pesquisadores apresentam duas propostas de implementação prática.

A primeira é um conjunto de bombas piezoelétricas, construídas com pequenos cristais que, quando recebem uma carga elétrica, respondem com um pequeno "tranco", movendo a água.

A segunda possibilidade é uma bomba eletro-osmótica, na qual a eletricidade cria uma diferença de pressão ao longo de uma membrana, forçando a água a atravessá-la.

Tudo isto, segundo eles poderá ser feito com um arranjo de placas e fios, formando uma estrutura que será colocada ao redor do navio ou submarino.

Embarcações mais eficientes

Em seu trabalho teórico, os cientistas escolheram uma "embarcação" em formato de esfera, que é o formato mais fácil de modelar.

A camuflagem é formada por 10 camadas concêntricas - sendo assim capaz de dirigir 10 fluxos de água.

Uma esfera de 10 centímetros de diâmetro exige uma camuflagem que pode ir de 1 a 10 centímetros. "Geralmente, camuflagens mais grossas são mais fáceis de fabricar, mas pesam mais. Esse será um equilíbrio que os engenheiros terão que encontrar," disse Urzhumov à revista Science.

Mas os cientistas afirmam que é possível simplificar as coisas, criando uma estrutura que não pretenda tornar a embarcação totalmente "invisível" na água - já seria interessante o bastante construir algo capaz de tornar navios e submarinos mais velozes ou mais eficientes em termos de consumo de combustível.

Bibliografia:

Fluid flow control with transformation media
Yaroslav A. Urzhumov, David R. Smith
Physical Review Letters
To be published
http://arxiv.org/abs/1106.2282




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