Los científicos de la Universidad de Chicago, la Universidad de Nueva York y la Universidad de Leiden eventualmente podrían ayudar a crear materiales que resistan la rotura o el agrietamiento de una manera predecible.
Los resultados, publicados en Actas de la Academia Nacional de Ciencias el 27 de septiembre, fueron el resultado de experimentos y simulaciones por computadora en los que los investigadores examinaron los efectos de variar la rigidez de un material. Utilizando una simulación y estructuras artificiales llamadas metamateriales, descubrieron que la falla del material puede ajustarse continuamente a través de cambios ensu rigidez subyacente
"Esta investigación sugiere que hay un nuevo eje que puede explorarse y posiblemente explotarse para determinar cómo fallan los materiales", dijo Sidney R. Nagel, profesor del Servicio Distinguido Stein-Freiler en Física y coautor del artículo."Es solo especulación en este momento, pero este trabajo podría permitir mejores formas de crear materiales para resistir ciertos tipos de impacto sin una falla catastrófica".
A medida que un sólido se acerca a un cierto nivel de rigidez, su comportamiento de falla cambia drásticamente y la naturaleza de la ruptura es profundamente diferente en las rigideces altas y bajas, concluyó la investigación. Estudiar y controlar esto de manera sistemática les dará a los científicos un mejorcomprensión de cómo se rompen los materiales.
Cuando un sistema es rígido, como el vidrio de una ventana, sus uniones están apretadas y se rompen en grietas limpias, estrechas y relativamente rectas. Sin embargo, cuando un sistema es flexible con poca rigidez, tiene menos uniones, y esas uniones se rompen primeroen lugares aparentemente aleatorios en todo el material. Eventualmente hay tantos enlaces rotos que las lágrimas se conectan en un patrón irregular y hacen que el material se rompa.
Los investigadores también descubrieron que a medida que un material se hace más flexible, su zona de falla se ensancha, brindando a los científicos una mejor visión de lo que está sucediendo. En lugar de estudiar materiales a escala microscópica, los investigadores pueden hacerlos menos rígidos, en esencia explotandola región de grietas
"Reducir la rigidez de un material es, en cierto sentido, como sostener una lupa que le permite acercarse al ancho de una grieta, que generalmente es microscópica pero puede llegar a ser tan grande como el tamaño de la muestra", dijo co-autor Vincenzo Vitelli, físico en el Instituto Lorentz de la Universidad de Leiden en los Países Bajos.
Los científicos familiarizados con la investigación dijeron que el documento proporciona una comprensión más amplia de por qué los materiales se fracturan y abre nuevas áreas de estudio, incluyendo cómo se pueden controlar las grietas y fallas.
Los investigadores "vinculan los descubrimientos sobre diferentes tipos de grietas - grietas estrechas y limpias versus grietas muy extendidas - en una imagen unificada que los explica como límites diferentes: materiales rígidos, por un lado, frente a materiales de baja rigidez por el otro", dijo Karin Dahmen, profesora de física de la Universidad de Illinois en Urbana Champaign, que no participó en la investigación." Este estudio desencadenará muchos estudios de seguimiento porque nos da control, así como una comprensión unificada y poderosa.de la extensión espacial de las grietas en muchos materiales diferentes "
James Sethna, profesor de física en la Universidad de Cornell, estuvo de acuerdo. "Una teoría sistemática, insinuada aquí, podría permitirnos predecir el daño alrededor de una grieta, el estrés, el meandro y, lo más importante, cómo todos estos factorespodría variar a medida que uno cambia la forma en que hacemos el material ", dijo Sethna, quien tampoco participó en la investigación." La prueba y el error podrían ser reemplazados por un enfoque hermoso y sistemático ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Chicago . Original escrito por Greg Borzo. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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