Al estudiar el comportamiento de una baraja de cartas y pilas de otros materiales, como acero y aluminio, los científicos de la Universidad de Drexel están demostrando la existencia de un fenómeno de pandeo que ocurre dentro de los materiales en capas cuando se los somete a presión. El descubrimiento podríadan forma a la forma en que los investigadores, desde ingenieros estructurales y mecánicos hasta geólogos y sismólogos, estudian la forma en que las cosas se deforman bajo presión.
Este fenómeno, descrito como comportamiento de "enroscamiento elástico no lineal" por los investigadores del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Drexel que lo reportaron por primera vez en 2016, se describe mejor como la separación y el pandeo de las capas internas de un material a medida quese comprimen desde los lados. Ejemplos comunes son la forma en que las cartas en una baraja de cartas se doblan cuando las aprietas desde los bordes sin permitir que las cartas se separen, o cómo a veces se formará una ondulación en una alfombra si se empujaborde.
En entornos presurizados como este, ya sea en la mesa de juego o en el medio de placas tectónicas, algo tiene que ceder. Su teoría explica exactamente cómo se ve ese "dar" y cómo sucede. En su reciente trabajo "Ripplocations: AMecanismo de deformación universal en sólidos ", publicado en la revista Materiales de revisión física , los investigadores proporcionan el primer vistazo a estas ondas internas, denominadas "rasgaduras", que pueden observarse a simple vista.
"Lo que hicimos aquí fue mostrar que las rotaciones existen a nivel macro y luego modelarlas a nivel atómico, y mostraron que la respuesta era básicamente la misma", dijo Michel Barsoum PhD, profesor distinguido en la Facultad de Ingeniería de Drexel y autor principaldel documento: "Esta es la primera vez que se observan rotaciones en acción y nos ayudaron a comprender por qué son reversibles"
El trabajo previo de Barsoum sugirió la existencia de rotaciones mediante el uso de simulaciones atomísticas de materiales a granel. Este informe demuestra claramente la formación de bandas onduladas, capas interiores que se abrochan en formaciones onduladas, a medida que se forman en una pila de tarjetas,láminas de acero y aluminio delgadas cuando se comprimen lateralmente mientras están confinadas.
"El experimento que llevamos a cabo es bastante simple en realidad. En un caso, confinamos un mazo de cartas desde los lados y los empujamos desde la parte superior. En una carga dada, se produce pandeo, pero debido a que el mazo está confinado,comportarse como ondas que son completamente reversibles ", dijo Leslie Lamberson, PhD, profesora asociada en la Facultad de Ingeniería y coautora del artículo.
"Usando simulaciones atómicas mostramos que en el grafito, como en el mazo de cartas, las rotaciones se nuclean en algún momento antes de que el material alcance su punto de falla y hasta que llegue a ese punto, el comportamiento es completamente reversible: si se elimina la presión, las ondasse disipan y las capas vuelven a su forma original ", dijo Garritt Tucker, PhD, profesor asistente en la Escuela de Minas de Colorado y coautor del artículo.
También observaron que las bandas de ondas se forman todas a la vez, con las olas emergiendo en masa a medida que se aplica la carga. La altura de las ondas, o la amplitud, aumentó con la carga.
"Este documento muestra que las rasgaduras son independientes de la escala", dijo Barsoum. "Esta primera investigación mostró que las rasgaduras existen y son más o menos completamente reversibles y que disipan la energía de una manera que hemos observado en sólidos en capas a escala atómica".desde hace más de una década. Pero demostrar el mismo comportamiento en los materiales en capas que podemos ver directamente es un paso importante para demostrar que el comportamiento ocurre en materiales de todos los tamaños ".
Barsoum sugiere que esta investigación podría algún día informar a los geólogos que estudian la deformación de las formaciones geológicas en capas, además de ayudarnos a comprender mejor el comportamiento tectónico de las placas que causan los terremotos.
"La investigación sobre la deformación de los sistemas en capas en general ha sido sobre su falla. En este trabajo, mostramos que existe un importante régimen elástico no lineal que precede a la falla que, hasta donde sabemos, ha sidocasi totalmente descuidado. El caso que presentamos, sin embargo, es que comprender este régimen es crucial y fundamental para comprender a todos los demás ", escriben.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Drexel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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