Como a viscosidade da água influencia o movimento de organismos aquáticos, como algas e peixes?
Passo 1
O enunciado pergunta como a viscosidade da água afeta a locomoção de organismos aquáticos de diferentes tamanhos, como algas (microrganismos) e peixes (macrorganismos). O conteúdo envolve conceitos de mecânica dos fluidos, em especial o papel da viscosidade dinâmica e o número de Reynolds para caracterizar regimes de fluxo e forças dominantes.
Passo 2
Viscosidade é a propriedade que mede a “resistência” interna de um fluido ao escoamento. Para avaliar quando a viscosidade domina sobre a inércia, usamos o número de Reynolds
em que é a densidade do fluido,
a velocidade característica do organismo,
seu comprimento típico e
a viscosidade dinâmica da água. Valores baixos de
indicam que forças viscosas são muito maiores que forças inerciais, e vice-versa.
em que
Passo 3
No caso de algas e outros microrganismos aquáticos, o comprimento típico é muito pequeno
a
e a velocidade é baixa, resultando em
. Nesse regime:
- As forças viscosas dominam e inibem “deslizes” por inércia.
- O movimento é puramente overdamped, ou seja, assim que o organismo para de gerar força, ele para imediatamente.
- Movimentos recíprocos simples (vai e vem) não produzem deslocamento líquido (teorema da “ostracode” de Purcell).
Para vencer a viscosidade, microrganismos desenvolveram mecanismos não recíprocos, como bater de flagelos e cílios em padrões helicoidais ou assimétricos. Esses movimentos quebram a reversibilidade do fluxo viscoso e permitem um avanço contínuo, mesmo com.
Passo 4
Peixes, por sua vez, têm tamanhos e velocidades que geram
. Nesse regime:
- As forças inerciais são dominantes, permitindo que o corpo e a cauda impulsionem massas de água e “guar
em” momento entre as batidas de nado. - A viscosidade aparece sobretudo como resistência de arrasto na camada limite, mas não impede que o peixe continue avançando após uma batida.
- Formas hidrodinâmicas (corpo fusiforme, nadadeiras ajustáveis) minimizam o arrasto viscoso e turbulento, aumentando a eficiência do nado.
Passo 5
Em resumo, a viscosidade da água impõe para microrganismos um ambiente onde o arrasto viscoso bloqueia qualquer inércia (é preciso movimentos contínuos e assimétricos), enquanto em peixes a inércia prevalece e a viscosidade se resume a um fator de arrasto a ser minimizado por formas e técnicas de nado.
Resposta
A viscosidade da água faz com que, em escalas microscópicas
, organismos como algas fiquem “presos” por forças viscosas e precisem usar movimentos não recíprocos de flagelos ou cílios para avançar. Já em peixes
, as forças inerciais dominam: a viscosidade entra apenas como arrasto na camada limite, permitindo que o peixe aproveite o impulso gerado pelas nadadeiras e mantenha velocidade entre as batidas.