Instabilidades de interface magneticamente induzidas em um anel de ferrofluido

Abstract

Investigamos o comportamento de um anel de ferrofluido circundado por dois fluidos não magnéticos e confinado numa célula de Hele-Shaw. Neste contexto, analisamos a aplicação de duas configurações de campo magnético externo: (i) primeiramente a ação de um campo magnético radial e em seguida (ii) a aplicação combinada de um campo radial e outro azimutal. A dinâmica da formação de padrões no anel de ferrofluido é determinada pela interação de forças magnéticas e de tensão superficial nas suas interfaces interna e externa, gerando um acoplamento não trivial entre elas. Utilizamos uma teoria perturbativa de modos acoplados para investigar os estágios linear e fracamente não linear da evolução dinâmica do anel. Nossos resultados indicam que as interfaces são acopladas já a âmbito linear, onde o crescimento de perturbações em uma interface do anel, pode induzir deformações na outra interface. Além disso, nossa análise fracamente não linear de segunda ordem permite extrair importantes aspectos morfológicos do sistema anular, revelando, para as duas configurações de campo estudadas, a formação de padrões estacionários apresentando dedos pontiagudos em suas extremidades. A atuação simultânea dos dois campos (radial e azimutal) faz com que o anel de ferrofluido gire, com uma velocidade angular controlada por estes campos. Esta rotação induzida magneticamente faz com que os dedos pontiagudos sejam “entortados”, desviando-se lateralmente. Para as duas configurações de campo, exploramos também a resposta do sistema anular à variações na espessura do anel, intensidade relativa das forças magnéticas e de tensão superficial e na suscetibilidade magnética do ferrofluido.