Esse fenômeno tem caráter mecânico, e se baseia na movimentação de partículas macroscópicas de forma aleatória em um fluido. Como um todo a teoria é simples, sendo que, as partículas se movem devido ao choque das partículas com as moléculas do fluido onde as mesmas estão imersas.
O Movimento Browniano tem esse nome por te sido relatado pelo botânico escocês Robert Brown no ano de 1827, porém muitos outras pessoas já haviam reparado o mesmo efeito só que em outras situações, como grãos de poeira flutuando no ar. Um dos que foram anterior a Robert Brown e percebeu o fenômeno, mas sem conseguir explica-lo foi holandês Jan Ingenhousz em 1765.
Robert Brown notou a movimentação aleatória quando estudava polén imerso em água. Ele viu algumas partículas minusculas flutuando e se agitando rapidamente dentro dos vácuolos (vacúolos são pequenas bolsas criadas dentro das células, eles são formados por membranas plasmáticas que envolvem reservas nutritivas e excretas) dos grãos de pólens. Ele repetiu o experimento diversas vezes e mesmo com partículas diferentes (Como macropartículas, que muitas vezes são confundidas com poeira), e o resultado sempre era o mesmo.
Na época que o fenômeno foi visto pelo botânico, não se conheia corretamente a estrutura das moléculas, com isso, parecia que as partículas possuiam movimento por conta própria, ou seja, quando Robert Brown notou a movimentação aleatória, ele pensou que aquele era na verdade o princípio da vida. Fato esse que muitos ciêntitas procuravam desvendar nesse período. Experimento sobre criacionismo eram comuns, como o do nascimento de ratos de montes de roupas sujas, surgimento de larvas de moscas sobre carne podre (Esses experimentos foram todos refutados pelo desenvolvimento de equipamentos mais apurados e observações mais detalhadas frente à natureza), dentre outros experimentos, que não serão explicados neste post para que não fujamos do foco.
Robert Brown não conseguiu explicar corretamente o fenômeno observado, porém em 1880 surgiu uma explicação matemática para o estranho fenômeno. Um matemático Thorvald N. Thiele usou-se de fractais para conseguir mostrar a estranha aleatoriedade envolvida no movimento. Fractais são objetos geométricos que podem ser divididos em infinitas partes semelhantes ao objeto inicial, sendo na maioria dos casos gerados por modelos repetitivos.
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| Fractais |
Outro cientístas em 1900, independente do trabalho de Thorvald N. Thiele, também conseguiu resultados relevantes na explicação desse movimento, esse cientísta era Louis Bachelier, só que esse se usou das observações feitas por Brown na sua tese de PhD frente a modelos matemáticos aplicados em finanças.
Mesmo vários cientístas trabalhando em cima da aleatoriedade vista por Robert Brown, uma explicação que ser mostrava relevante frente ao fenômeno não havia surgido, sendo que somente em 1905 um cientísta de vanguarda conseguiu explicar o que estava ocorrendo com as partículas quando imersas em um fluido. Esse cientísta era o alemão Albert Einstein.
Albert Einstein estudava a Teoria Cinética dos Fluidos, que dizia que uma molécula de água (tendo como modelo uma esfera) devia mover-se forma aleatória, então, uma partícula que se encontra-se no meio acabaria recebendo choques aleatórios, de potência aleatória e de direção aleatória dessas moléculas de água, ou seja, tudo se baseava em um efeito mecânico. As moléculas de água tinham movimentação vibracional, devido a quantidade de energia que as mesmas estavam expostas. Essa quantidade de energia podia ser lida na escala de temperatura, sendo que quanto mais aquecido, mais vibração as moléculas tinham, logo uma maior quantidade de movimentação aleatória. Ele mostrou também que poderia ser prevista a quantidade de espaço que uma molécula consegue se deslocar em um dado momento, através da média quadrática das distâncias (pois assim sempre haveriam valores positivos, já que se a partícula se desloca em uma direção tem um sinal e se deslocar na direção oposta teria o sinal oposto, elevando-se as distâncias ao quadrado, somem os valores negativos, plotando assim em um gráfico cartesiano uma reta). Para que a previsão se dê há a necessidade de efetuar correções nos valores de viscosidade do meio, temperatura e tamanho das partículas. A equação que Einstein propôs:
Onde D corresponde a difusão, R é a constante dos Gases, T a temperatura em Kelvins, N o número de Avogadro, µ é a viscosidade do meio e r é o raio da partícula. Na realidade Einstein procurava uma forma para se determinar o Número de Avogadro, utilizando movimentação de partículas, porém os resultados que ele observou, ajudavam a explicar o fenômeno do Movimento Browniano.
A equação das médias quadráticas com as váriaveis em função de tempo, desenvolvida por Albert Eisntein explica por fim a movimentação aleatória das partículas.
A grande importância do Efeito Browniano está vinculada ao atomismo, sendo que essa teoria consolidou de vez o a teoria atômica, que ainda possuia certas divergências. Sendo que as predições de Albert Einstein foram confirmadas pelo físico francês Jean Baptiste Perrin em 1908, mediante ao desenvolvimento da ultramicroscopia, conseguiu pesquisar o movimento de uma grande quantidade de partículas em suspensão num fluido, onde a forma esférica das partículas podiam ser muito bem controladas. Com isso ele conseguiu observar o comportamento ideal da pressão osmótica e da lei de força de Stokes, que eram presentes na teoria de Eisntein. Esse experimento também trouxe um valor bastante mais aproximado do real do Número de Avogadro. Com tais concordâncias frente ao trabalho de vanguarda de Albert Einstein, a teoria atômica foi consolidada de vez.
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| Gráficos de como se dá o movimento aleatório de uma partícula suspensa em um fluido, distância quadrática x tempo. |
Mais sobre esse assunto pode ser encontrado nos links a seguir:
Movimento Browniano
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