Brasileiros descobrem como diminuir atrito em rolamentos

Esferas cada vez menores são acopladas até preencher todo o espaço, dando ao rolamento uma sincronia e uma estabilidade perfeitas - o exemplo contém 613 esferas. [Imagem: Araújo et al./PRL]

Sincronia contra o atrito

Físicos brasileiros anunciaram uma descoberta que pode permitir desde a construção de equipamentos mecânicos mais robustos até o melhor balanceamento de cargas em redes de computadores.

Virtualmente qualquer equipamento mecânico - de um liquidificador aos gigantescos caminhões usados em mineração, de carros a navios e aviões - usam rolamentos e engrenagens.

E rolamentos são baseados em esferas, enquanto rodas e engrenagens podem ser entendidas como uma esfera em 2D.

Quando mais suave for o movimento das esferas e das engrenagens menor será o atrito.

Por consequência, melhor será o funcionamento do equipamento, gerando menos calor, menos desgaste e menor consumo de combustível ou eletricidade.

Rolamentos estáveis

O que os pesquisadores brasileiros descobriram é que redes de esferas rotativas podem se recuperar melhor de perturbações no seu movimento se as massas das esferas individuais forem proporcionais ao seu raio.

A descoberta é de Nuno Machado de Araújo, atualmente no ETH de Zurique, e José Soares de Andrade Júnior, do Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará.

Araújo e seus colegas desenvolveram um modelo matemático para um sistema de esferas rotativas bidimensionais no qual discos cada vez menores são usados para preencher todos os espaços entre os discos maiores.

Cada disco gira no sentido oposto ao de qualquer outro disco que está em contato com ele, e a velocidade tangencial - a distância traçada por um ponto sobre a borda de um disco num dado momento - é igual para todos os discos, independentemente do seu tamanho.

Isto significa que, em cada ponto de contato os discos giram juntos sem deslizar, e o sistema inteiro permanece em um estado estável e sincronizado.

O mecanismo pode se aplicar a esferas, rodas ou engrenagens - olhe com a visão ligeiramente desfocada e você verá o mecanismo girando. [Imagem: Araújo et al./PRL]

Esfera, engrenagem ou roda

Segundo os pesquisadores, qualquer sistema mecânico - seja de esferas, de engrenagens ou de rodas - pode se beneficiar dos novos resultados, já que sistemas rotativos desses tipos serão mais resistentes a falhas e desgastes quanto maior for a sincronização entre os diversos elementos individuais.

"Nessas redes, a sincronizabilidade é otimizada quando há uma força de acoplamento que está relacionada com o número de contatos. Na nossa rede, os discos grandes obviamente têm mais contatos, mas eles também têm mais inércia e isso [abranda] a força de interação entre os discos," disse Nuno.

Esse sistema, conhecido como rede de escala livre, descreve um tipo de rede de alta complexidade que pode também ser usado para estudar fenômenos que vão das redes biológicas às redes de computadores.

Os pesquisadores afirmam que os discos de seu modelo são essencialmente "osciladores" - neste caso, osciladores rotativos.

Mas o raciocínio é o mesmo para sistemas onde os elementos não estão girando, mas se relacionam uns com os outros, sempre em busca do menor "atrito" - é o caso, garantem eles, da internet.

Bibliografia:

Optimal Synchronizability of Bearings
Nuno A. Machado de Araújo, H. Seybold, R. M. Baram, Hans J. Herrmann, José Soares de Andrade Júnior
Physical Review Letters
Vol.: 110, 064106 (2013)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.064.106