Los investigadores han descubierto características clave de la dinámica de una forma de movimiento brusco responsable de fenómenos tan diversos como chirridos y chillidos en las bisagras de las puertas y los frenos de automóviles, el desgaste de las articulaciones en el cuerpo humano y el cambio repentino de placas tectónicas que provocan terremotos.
Un trío de ondas distintas gobierna los comportamientos de "deslizamiento" que contribuyen al desgaste y la disipación de energía en las partes estructurales.
"Cuando dos objetos blandos se deslizan uno contra el otro a una velocidad uniforme, la interfaz generalmente se mueve mediante una serie de movimientos bruscos", dijo Koushik Viswanathan, asociado de investigación postdoctoral de la Universidad de Purdue. "Nuestros nuevos hallazgos muestran que estos movimientos bruscos son causados por untrío de ondas distintas de movimiento lento, con análogos directos en la naturaleza en la locomoción de gusanos ".
Los científicos ya habían identificado un tipo de movimiento antideslizante en materiales adhesivos blandos causado por ondas en movimiento llamadas ondas Schallamach. Sin embargo, los resultados revelan la aparición de dos nuevas ondas antideslizantes llamadas pulsos de separación y pulsos de deslizamiento.
Los hallazgos fueron detallados en un artículo de investigación publicado en línea el 27 de abril en la revista Materia suave publicado por la Royal Society of Chemistry. El documento fue escrito por Viswanathan; el profesor de ingeniería industrial de Purdue, Srinivasan Chandrasekar; y Narayan K. Sundaram, profesor asistente de ingeniería civil en el Instituto Indio de Ciencia.
Los investigadores descubrieron que cuando los dos cuerpos se deslizan, las ondas Schallamach y los pulsos de deslizamiento viajan en la misma dirección que el deslizamiento, mientras que los pulsos de separación se propagan en la dirección opuesta, lo cual fue un descubrimiento inesperado.
Comprender este comportamiento no es estrictamente una cuestión de ciencia fundamental, pero es de interés práctico para los ingenieros que buscan reducir la fricción y el desgaste en las piezas móviles.
"Dado que el movimiento antideslizante contribuye al desgaste, el ruido y la disipación de energía, es algo que debes evitar", dijo Viswanathan. "Curiosamente, descubrimos que estos tres movimientos de onda son exactamente los utilizados por varios insectos en la naturaleza para la locomoción."
Por ejemplo, mientras que una oruga se mueve usando ondas Schallamach, la locomoción de una lombriz de tierra se basa en pulsos de separación y un gusano de lombriz aprovecha los pulsos de deslizamiento.
"Los movimientos de onda observados fueron extraños porque uno esperaría que todas las ondas se muevan en la misma dirección en relación con el deslizamiento", dijo Chandrasekar. "Pero la analogía de la locomoción de insectos proporciona claridad sobre por qué ocurre esto. De hecho, una situación similarLa imagen fue propuesta por el físico y metalúrgico Egon Orowan hace casi 75 años en un contexto completamente diferente, a saber, los orígenes de cómo se deforman los metales ".
Los experimentos con un cilindro de vidrio transparente que se mueve contra un material polimérico suave permitieron capturar las ondas y sus movimientos bruscos asociados en tiempo real a alta resolución. Los investigadores utilizaron una cámara de alta velocidad para tomar imágenes microscópicas detalladas del deslizamiento queayudó a capturar los movimientos y las tensiones internas. Los movimientos bruscos que acompañan a las ondas se revelaron al rastrear el movimiento de la interfaz. Los datos registrados con un sensor de fuerza de alta frecuencia se utilizaron para documentar con precisión las firmas desiguales de cada uno de los tres comportamientos de deslizamiento.
"Nuestra configuración experimental es novedosa porque permite que las tres ondas se produzcan y observen en la misma configuración, variando solo dos parámetros, y es clave para descubrir la física del deslizamiento en las escalas de micrómetro y milímetro de longitud,"Dijo Sundaram." Nuestros resultados sugieren fuertemente que solo hay estos tres modos de deslizamiento y no más ".
Las películas que muestran el comportamiento están disponibles en http://www.youtube.com/watch?v=XNnYf02CM7c , http://www.youtube.com/watch?v=E83ZGwE3qpw , http://www.youtube.com/watch?v=k8UaalAkNXM , http://www.youtube.com/watch?v=db6J3qM8Hns .
El trabajo en curso incluye esfuerzos para idear una teoría matemática que describa los tres movimientos antideslizantes.
Esta investigación fue apoyada en parte por la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. Premio W911NF-15-1-0591 y la National Science Foundation premio CMMI 1363524.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Original escrito por Emil Venere. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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