Hoje, a tecnologia hidráulica está amplamente disponível e beneficia todos que tomam banho, irrigam um jardim ou apagam um incêndio. No entanto, nos séculos XVII e XVIII, o fluxo constante de água sem a perturbação das quedas de pressão foi um grande avanço. Em 1666, quando a brigada de incêndio ainda era a melhor linha de defesa, o Grande Incêndio de Londres destruiu quase todos os densos edifícios de madeira da cidade. A catástrofe destruiu centenas de milhares de casas e dezenas de igrejas, realçando a necessidade de melhores métodos e equipamentos de combate a incêndios.

O carro de bombeiros Newsham de 1725 inspirou o autor a estudar o efeito Windkessel, capturando a física por trás da técnica duradoura de fluxo constante de água sob pressão. Crédito da foto: Imagem cortesia da Colonial Williamsburg Foundation

Inovação de fogo

Um avanço marcante foi a invenção do "verme sugador de água", um tubo de couro preso a uma bomba d'água operada manualmente. Mais tarde veio o Windkessel, uma câmara no fundo de uma carruagem de madeira que comprimia o ar e bombeava água continuamente através de uma mangueira para criar um fluxo constante de água.

Inspirado por um carro de bombeiros de 1725, o autor publicou um artigo no American Journal of Physics publicado pela AIP Press, analisando o efeito Windkessel em câmaras de pressão para capturar a física por trás desta tecnologia amplamente utilizada e duradoura.

O autor Trevor Lipscombe disse: "Existem muitos problemas de física fascinantes escondidos em livros e artigos de séculos atrás! Recentemente, temos estudado como aplicar a mecânica básica dos fluidos a sistemas biológicos e descobrimos um novo método em uma revista médica. Uma descrição comum: o coração se assemelha a um Windkessel, o que levanta a questão: O que exatamente é um Windkessel? Seguindo o exemplo, encontramos uma descrição do dispositivo 'verme sugador de água' de Loftin e encontramos uma aplicação que salva vidas no Newsham's caminhão de bombeiros."

Equipamentos de Física e Incêndio

Para determinar quais fatores tiveram o maior impacto no efeito Windkessel, os autores compararam as condições iniciais da câmara, a taxa de enchimento da frota de baldes (fluxo de entrada), o período de tempo para o aumento da pressão e o efeito na vazão de saída.

"Os físicos que olham para o projeto de Loftin ou para o caminhão de bombeiros de Newsham querem resolver a ciência básica envolvida - só porque ela está lá. Essa é a parte divertida da física. É também um aspecto do ensino", disse Lipscomb. "Nosso artigo constrói um modelo simples que mostra como funciona um caminhão de bombeiros Newsham. De alguma forma, respondemos à pergunta: 'Quando vou usar essa coisa?'"

A seguir, os autores planejam estudar o Windkessel fisiológico envolvido no sistema cardio-aórtico.

"O conhecimento da lei de Bernoulli, da lei dos gases ideais e da expansão isotérmica foram os três elementos que usamos para construir um modelo para explorar como este dispositivo funciona", disse Lipscomb. "Mas se pudermos entender melhor o sistema, poderemos estudar esses parâmetros importantes e ver como alterá-los irá melhorar o dispositivo."

Fonte compilada: ScitechDaily