O que impede que o biscoito no meu café se mova quando giro a xícara?
Eu coloquei um biscoito browny na minha xícara de café, ele afundou no início, mas depois voltou à superfície depois de alguns minutos. Tentei girar o copo para atrair o biscoito, mas ele ficou preso no lugar.
Confira o vídeo abaixo e me diga o que impede o cookie de se mover?
https://www.youtube.com/watch?v=18CdFAzD0XI
Respostas
Claro que as respostas como 'é por causa da baixa viscosidade' são boas, mas também é bom complicar esse problema.
Você não está girando o copo
O cookie faz rotação / movimento em algum sentido, mas apenas ligeiramente. O motivo pelo qual o biscoito não está girando muito é que você, na verdade, não está girando o copo. Em vez disso, você está dando uma pequena torção na xícara, que é uma pequena aceleração da xícara e, em seguida, uma pequena desaceleração da xícara. Se você fizesse a xícara girar continuamente , o biscoito acabaria se aproximando da situação para se mover com a mesma velocidade da xícara.
Correlação entre movimento e força
Você pode interpretar 'por que o biscoito não se move / acelera' como 'por que o biscoito não se move / acelera simultaneamente com a força que aplico na xícara'. Uma analogia interessante (e a razão pela qual eu posto esta resposta viscosa) está na análise mecânica dinâmica que usa tensões oscilatórias para determinar o comportamento viscoelástico dos materiais.
Se você oscilasse seu movimento em um padrão regular, então o cookie também oscilaria. Quanto e de que forma oscila dependerá de dois fatores:
Quanto vai depender do módulo complexo. A proporção da força aplicada para atingir alguma deformação e a quantidade / amplitude / tamanho da deformação.
De que forma vai depender do comportamento viscoelástico do material. Para líquidos, você percebe que a força está relacionada à força inercial e à aceleração do copo e seu conteúdo (que é mais alto no meio da oscilação quando a velocidade é maior). Para materiais elásticos / sólidos você perceberá que a força está relacionada à força elástica e será alta nos pontos finais da oscilação.
(claro que você também obtém aceleração da xícara que é elástica / sólida, mas imagine que a xícara de café é uma xícara de plástico com peso desprezível)
Movendo o cookie
Assim, você pode fazer com que o cookie se mova / oscile, mas você só precisa aplicar uma força grande o suficiente porque você tem um material com um módulo de complexo baixo (se é matéria líquida ou não, não importa).
O que torna intuitivamente estranho que o cookie não gire é um efeito psicológico:
Você tem que aplicar uma grande força.
Esta grande força é necessária para mover o copo pesado.
Se você movesse um plástico muito leve para cima e aplicasse a mesma força ou poder, faria o líquido e o biscoito se moverem muito mais. Ou, para o mesmo movimento do biscoito, você precisaria de muito menos força.
A baixa viscosidade do café significa que você pode girar a xícara sem mover significativamente o líquido que ela contém: simplesmente não há fricção suficiente para 'arrastar' o líquido pela parede da xícara.
Seria uma imagem diferente com um líquido viscoso como óleo ou mel escorrendo.
É útil para nos lembrar que viscosidade newtoniana $\mu$ realmente é.
( Fonte )
Para $\mu \approx 0$ então $\tau \approx 0$, então não há tensão de cisalhamento (atrito) suficiente para fazer o conteúdo líquido do copo girar.
A água não gira com o seu copo porque a água é líquida. a água que toca o copo se move um pouco, mas não a água para longe do copo. o atrito entre as diferentes moléculas de água é muito pequeno.
Quando você move o copo, há forças adesivas fracas operando entre o líquido e a caneca, devido às quais o líquido pode ser tratado como um objeto separado que não está girando
Já que vemos que o biscoito afundou e finalmente subiu devido à força de flutuação. Este cookie está em um meio que está em repouso, então não há razão para ele se mover, girar
adicional
Quando você parar de girar o copo, verá que o líquido começa a se mover e o biscoito também. Agora, isso vem da conservação do momento angular
Outra maneira de ver a viscosidade é como uma espécie de "condutividade de momento". Assim como um isolante térmico, com baixa condutividade de calor, transfere calor apenas lentamente (embora mais rápido quanto maior a diferença de temperatura), um fluido de baixa viscosidade transfere momentum apenas muito lentamente (embora mais rápido quanto maior a diferença de momentum). (Funciona matematicamente para momentum lateral / de cisalhamento de qualquer maneira, e talvez outros tipos.)
Sólidos rígidos como o que o copo é feito têm viscosidade muito alta por definição: empurre qualquer parte com a mão e o impulso se espalha por todo o sólido quase imediatamente (em velocidades relacionadas às velocidades das ondas P e S do som I suspeito). O café, por outro lado, é de baixa viscosidade, então, embora uma pequena parte da rotação esteja chegando muito lentamente ao biscoito, é tão lento que você mal percebe no vídeo.
Como Kian Maleki aludiu, a origem microscópica da viscosidade vem das forças entre as moléculas (ou átomos ou íons). Os gases só podem transmitir o momento por meio de colisões, o que leva a viscosidades muito baixas; os líquidos têm forças de empurrar e puxar constantes uns sobre os outros, mas ainda assim deslizam facilmente um sobre o outro sem transmitir totalmente o momento, levando a viscosidades médias; e os sólidos têm fortes forças segurando as moléculas em seu arranjo particular que exige muita força para mudar, levando a viscosidades extremamente altas.