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Como Construir o Castelo de Areia Perfeito

Falamos com Daniel Bonn, um físico da Universidade de Amsterdã, sobre como construir castelos de areia que deixarão a praia inteira com inveja.

Físicos investigam a natureza do universo. Quarks, teoria das cordas, multiverso, todos os caminhos interrogativos importantes que impulsionam a compreensão do mundo ao nosso redor. Mas um campo foi ignorado até então: como construir o castelo de areia perfeito?

Três anos atrás, uma equipe internacional de físicos e cientistas de materiais de universidades belgas e holandesas enfim resolveram mergulhar nessa antiga questão que atormentou muitos pais e filhos. Os estudiosos fizeram experimentos para determinar a composição ideal do castelinho praiano e publicaram suas descobertas na publicação acadêmica Nature.

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A equipe encheu tubos cilíndricos de PVC de diferentes diâmetros com areia e, depois, cortou as laterais dos tubos para removê-los, criando colunas de areia de alturas variadas.

As observações dos experimentos confirmam o que qualquer veterano em construção de castelos de areia já sabe. Construir um castelinho com uma base mais ampla confere apoio para uma construção mais alta, como no caso de qualquer outra construção. Inclusive, se você molhar e condensar a areia em quantidades adequadas, não haverá limite teórico para a altura e largura do seu castelo. Parece apenas um hobby, mas a construção de um bom castelo de areia compartilha diversas similaridades com qualquer outro projeto de engenharia civil.

A Motherboard entrevistou Daniel Bonn, físico da Universidade de Amsterdã, na Holanda, sobre como construir castelos de areia de dar inveja a todos na praia.

MOTHERBOARD: Você ajudou a escrever um artigo intitulado "Como Construir o Castelo de Areia Perfeito". Um assunto interessante para um grupo de físicos abordar. Qual foi a inspiração da pesquisa?
Daniel Bonn: Estávamos tentando entender as propriedades mecânicas de areia molhada; isso é de suma importância para todo tipo de aplicação (construção de casas, estradas e pontes em solo arenoso ou o problema tipicamente holandês de estabilidade de diques, por exemplo).

Você menciona que "pontes capilares" entre grãos de areia são responsáveis pela maneira como areia e água interagem para formar uma estrutura que suporte o próprio peso. Você poderia explicar, ligeiramente, o que são pontes capilares e o que têm a ver com a interação entre areia e água?
Gotas de água ou bolhas de sabão preferem ser esféricas pois esse formato minimiza a área total da superfície — e criar área de superficie custa energia. Da mesma forma, uma pequena quantidade de água entre dois grãos de areia forma uma pequena ponte líquida que minimiza a área de superfície entre a água e o ar. Se você mover um grão de areia com relação a outro, um deles automaticamente criará uma área de superfície. Isso custa energia e, portanto, haverá uma resistência à deformação.

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Dá para observar isso facilmente quando você coloca um copo de água de fundo chato na pia da cozinha. Quando a pia está seca, é fácil levantar o copo. No entanto, se houver uma gota de água entre o copo e a pia, fica bem difícil.

Que fatores compõem um castelo de areia "perfeito", isto é, um castelo impressionante e estruturalmente sólido?
Você precisa da quantidade ideal de água e também precisa compactar a areia com muito cuidado. Construtores profissionais de castelos de areia utilizam placas vibratórias [máquinas projetadas para compactar areia mecanicamente] o tempo todo para assegurar que a areia fique bem compacta. Confira as características da areia abaixo. Para as informações restantes, melhor consultar um profissional.

Caminhões usam placas pesadas de metal para compactar o solo ou criar uma fonte sísmica. Créditos: Noble Energy/Wikimedia

Sabemos que o raio de uma estrutura, a densidade da areia compacta e a composição da areia fazem toda a diferença. Há outras influências que os contrutores devem considerar, como clima, pressão atmosférica, água salgada vs. água doce, etc.?
Alta umidade do ar e baixas temperaturas ajudam a prevenir a evaporação da água; de novo, construtores profissionais possuem sistemas de sprays para manter a areia úmida. A água salgada ajuda, sem dúvidas: quando a água seca, cristais de sais se formam e grudam nos grãos de areia, então podem agir como cola.

Sei que geologia não é o seu foco, mas alguns tipos de areia — como areia hidrofóbica — são melhores do que outros para esse propósito?
Acho que não existe areia hidrofóbica na natureza, embora a areia contaminada por petróleo bruto de poços petrolíferos tenha propriedades semelhantes às vezes. Grãos angulares parecem ajudar. Os barros que estão naturalmente presentes na areia de rios também ajudam. E ter pequenos grãos com um vasto leque de tamanhos também é bom.

Na seção de discussão, você menciona que, para um típico castelo de praia, uma coluna de 20 cm de raio pode ter até 2,5 metros de altura. Com base nas suas descobertas, haveria um limite, um ponto em que aumentar o raio da base da estrutura não pode resultar em maior altura?
Não, não do ponto de vista da física, pelo menos. Mas se você pretende construir a torre de Babel, provavelmente enfrentará outros problemas, como mudanças de temperatura e umidade nas alturas…

Com base nas suas observações, qual é a melhor maneira de alcançar a compactação densa necessária sob condições normais? Alguma ferramenta ou truque ajudariam?
Ferramentas de compactação! Caminhões de compactação, de preferência, e deixar a areia um tempão tomando ar também ajuda bastante: é o que costumam fazer, para construir pontes.

Esta entrevista foi editada por questões de extensão e clareza.

Tradução: Stephanie Fernandes