O Ponto de Ruptura
Diz-se que o elo mais fraco é o que determina a resistência da corrente inteira. Da mesma forma, defeitos ou pequenas trincas de materiais sólidos podem, em última instância, determinar a resistência do material completo – ou seja, até que ponto ele resiste a diversas forças. Por exemplo, se uma força incidir sobre um material que contém uma trinca, as fortes tensões internas se concentrarão em uma pequena região em torno da trinca. Quando isto ocorre, o processo de ruptura se inicia e o material começa a ceder em torno das bordas da trinca, que podem finalmente se propagar, causando a ruptura da peça inteira.
O que, exatamente, acontece em torno da borda da trinca, na área em que se concentram as maiores tensões? O Prof. Eran Bouchbinder do Departamento de Física e Química do Instituto Weizmann, conduziu uma pesquisa para responder a essa pergunta, em conjunto com o Dr. Chih-Hung Chen e o Prof. Alain Karma, da Northeastern University de Boston, explicando que os processos que ocorrem nessas regiões são universais – eles ocorrem da mesma maneira em diferentes materiais e sob circunstâncias diferentes. “A característica de maior destaque “ – disse Bouchbinder – “foi a relação não linear entre a resistência às forças incidentes e a reação que ocorre no material próximo à trinca. Essa região não linear, não levada em conta pela maioria dos estudos, é na verdade de importância fundamental para se compreender como as trincas se propagam. O mais notável é que esse processo se relaciona intimamente às instabilidades que podem fazer as trincas se propagarem ao longo de trajetórias onduladas ou se partiram, quando o que se esperaria era que elas simplesmente prosseguissem em linha reta.”
Ao investigar as forças presentes nas proximidades das bordas das trincas, Bouchbinder e seus colegas desenvolveram uma nova teoria – publicada recentemente na revista Nature Physics – que permitirá aos pesquisadores compreender, calcular e prever a dinâmica das trincas sob diversas condições físicas. Essa teoria pode ter implicações significativas nas pesquisas de física de materiais e na compreensão das formas como esses materiais se rompem.
A trajetória de uma trinca, demonstrando um ciclo de oscilação. A linha ondulada horizontal ilustra a trajetória da trinca
Ilhas de Maleabilidade
Explorando um tema diferente, em um artigo publicado recentemente na Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), Bouchbinder e um grupo de colegas investigaram as propriedades fundamentais do “estado vítreo” da matéria. O estado vítreo pode existir em um amplo espectro de materiais, quando o estado líquido se resfria rápido o suficiente para evitar a formação de um estado cristalino organizado. Os vidros são, portanto, desorganizados, amórficos, sólidos, e incluem, por exemplo, vidros de janelas, plásticos, materiais emborrachados e metais amorfos. Apesar de esses materiais estarem frequentemente ao nosso redor, em uma enorme gama de formas e aplicações, compreender suas propriedades físicas tem sido uma tarefa extremamente desafiadora, em grande parte devido à falta de ferramentas para caracterizar as estruturas intrinsecamente desorganizadas desses materiais e caracterizar como essas estruturas afetam as propriedades dos materiais em questão. O Dr. Jacques Zylberg do grupo de Bouchbinder, o Dr. Edan Lerner da Universidade de Amsterdã, o Dr. Yohai Bar-Sinai da Universidade de Harvard (ex-aluno de doutorado de Bouchbinder), e o Dr. Bouchbinder, encontraram uma forma de identificar particularmente as regiões maleáveis nos materiais vitrificados. Esses “pontos maleáveis”, identificados pela medição da energia térmica ao longo do material, comprovaram ser altamente suscetíveis às mudanças estruturais ao se aplicar uma força sobre eles. Em outras palavras, esses pontos maleáveis desempenham um papel crítico quanto os materiais vitrificados se deformam e fluem irreversivelmente sob a ação de forças externas. A teoria desenvolvida pelos pesquisadores nos leva, portanto, um passo à frente em relação à compreensão dos mistérios do estado vítreo da matéria.
A pesquisa do Prof. Eran Bouchbinder tem o apoio da Fundação Rothschild Caesarea; e de Paul e Tina Gardner, Austin, Texas, EUA.
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