O carro de bombeiros Newsham de 1725 inspirou os autores a examinar o efeito Windkessel e capturar a física por trás da tecnologia duradoura de um fluxo constante de água sob pressão. Crédito: Foto usada como cortesia da The Colonial Williamsburg Foundation. Compra de museu
A estabilização do fluxo de água nos sistemas de bombeamento marcou um avanço significativo no século XVIII.
Hoje, a tecnologia por trás da pressão da água é difundida, beneficiando quem toma banho, irriga um jardim ou combate incêndios. No entanto, nos séculos XVII e XVIII, um fluxo constante de água, não pontuado por quedas de pressão, foi um grande avanço.
Em 1666, quando as brigadas de baldes eram a melhor linha de defesa, o Grande Incêndio de Londres queimou quase todas as estruturas de madeira compactadas da cidade. A catástrofe destruiu centenas de milhares de casas e dezenas de igrejas, demonstrando a necessidade de melhores métodos e equipamentos de combate a incêndios.
Inovações em Combate a Incêndios
Um avanço marcante foi a invenção de “vermes sugadores”, mangueiras de couro presas a bombas operadas manualmente. Depois veio o Windkessel, uma câmara no fundo de um vagão de madeira que comprimia o ar para bombear água continuamente através de uma mangueira, criando um fluxo constante.
Inspirado por um carro de bombeiros de 1725 que bombeava água a distâncias maiores e a velocidades mais altas do que era possível anteriormente, os autores que publicam no Jornal Americano de Físicada AIP Publishing, analisou o efeito Windkessel da câmara de pressão para capturar a física por trás desta tecnologia duradoura e amplamente utilizada.
“Existem muitos problemas de física fascinantes escondidos à vista de todos em livros e artigos escritos há séculos!” disse o autor Trevor Lipscombe. “Recentemente, temos trabalhado na aplicação da mecânica elementar dos fluidos a sistemas biológicos e nos deparamos com uma descrição comum em revistas médicas: que o coração atua como um Windkessel. Isso levanta a questão: o que exatamente é um Windkessel? Seguindo a trilha, encontramos descrições do dispositivo ‘sugador de minhoca’ de Lofting e, no carro de bombeiros de Newsham, um aplicativo que salva vidas.”
Equipamentos de Física e Combate a Incêndios
Para identificar quais fatores são mais influentes no efeito Windkessel, os autores compararam o estado inicial da câmara, a taxa na qual as brigadas de baldes poderiam despejar água (influxo volumétrico), o tempo de aumento da pressão e os efeitos no fluxo de saída avaliar.
“Quando confrontado com o projeto de Lofting, ou com o carro de bombeiros de Newsham, um físico quer resolver a ciência básica envolvida – simplesmente porque ela está lá”, disse Lipscombe. “É a alegria de fazer física. Mas também há um aspecto pedagógico. Nosso artigo constrói um modelo simples que mostra como funciona um carro de bombeiros de Newsham. Estamos parcialmente respondendo à pergunta ‘quando usarei essas coisas?’ pergunta.”
Em seguida, os autores planejam examinar o Windkessel fisiológico envolvido no sistema coração-aorta.
“O conhecimento da lei de Bernoulli, da lei dos gases ideais e da expansão isotérmica são os três ingredientes que incorporamos em um modelo para explorar como esse dispositivo funcionava”, disse Lipscombe. “Mas se entendermos melhor este sistema, poderemos observar os parâmetros que são importantes e ver como alterá-los pode melhorar o dispositivo.”
Referência: “De minhocas sugadoras a Windkessel: A física de um dispositivo de combate a incêndios do início do século XVIII”, por Don S. Lemons e Trevor C. Lipscombe, 1 de fevereiro de 2024, Jornal Americano de Física.
DOI: 10.1119/5.0147573
