A23 Efeitos de umidade e temperatura

Tópico

A adesão obtida pelas cerdas adesivas do inseto depende não apenas da superfície em que ele caminha, mas também é fortemente influenciada por duas condições ambientais: umidade e temperatura. Ambas as condições atuam sobre as cerdas adesivas de maneiras diferentes, mas ambas, em última análise, alteram a própria adesão necessária para que o inseto permaneça preso.

Quando o ambiente está úmido, a água forma pequenos meniscos capilares no ponto de contato entre a cerda adesiva e a superfície. Esses meniscos geram uma força capilar que, em alta umidade, pode exceder a magnitude das forças de van der Waals que normalmente mantêm a adesão. No entanto, essa mesma água pode prejudicar a adesão se a superfície for hidrofóbica e o ângulo de contato da água for muito grande: nesse caso, a água impede que a cerda alcance o contato íntimo necessário para a adesão, em vez de reforçá-la.

Além dessa interação de forças, a umidade relativa do ambiente tem um efeito adicional na energia de adesão do cogumelo: quanto maior a umidade relativa, maior a energia de adesão, porque a água facilita o rearranjo das moléculas na interface entre o cogumelo e a superfície, e esse rearranjo aumenta a área de contato real entre eles.

A temperatura, por sua vez, afeta a adesão do cogumelo por um caminho completamente diferente da umidade: ela modula a rigidez da cera epicuticular que reveste o cogumelo adesivo. Abaixo de seu ponto de fusão, essa cera permanece sólida e rígida, e essa rigidez mantém a adesão do cogumelo em um nível baixo. À medida que a temperatura se aproxima do ponto de fusão da cera, a cera amolece, e esse amolecimento permite que o cogumelo se adapte melhor à superfície, aumentando a adesão. Mas se a temperatura exceder o ponto de fusão, a cera derrete completamente e todo o sistema de adesão do cogumelo entra em colapso.

Alguns insetos também secretam um fluido oleoso em suas cerdas adesivas para melhorar o contato com a superfície, e a viscosidade desse fluido depende da mesma temperatura que determina o estado da cera epicuticular, seguindo a relação de Arrhenius entre temperatura e viscosidade. Essa viscosidade, por sua vez, determina a força de Stefan: a resistência oferecida pela fina película de fluido viscoso à separação de duas superfícies unidas por ela. Essa resistência aumenta muito rapidamente com o raio de contato entre as cerdas e a superfície — aumentando com a quarta potência desse raio — de modo que um pequeno aumento na área de contato resulta em uma resistência muito maior à separação.

O resultado final é que a adesão das cerdas do inseto fica sujeita à influência de dois fatores ambientais paralelos: a umidade, que pode fortalecer a adesão por meio da ação capilar e do rearranjo molecular ou enfraquecê-la por umedecer excessivamente uma superfície hidrofóbica, e a temperatura, que inicialmente melhora a adesão amolecendo a cera epicuticular e a viscosidade do fluido secretado, mas que, em última análise, colapsa completamente o sistema de adesão se exceder o ponto de fusão da cera. Somente dentro de uma faixa intermediária de umidade e temperatura as cerdas adesivas do inseto conseguem manter a adesão necessária para que ele caminhe e se agarre às superfícies.

ID:2550