Há décadas os cientistas tentam entender exatamente como os materiais se quebram, seja bruscamente, em uma queda, por exemplo, seja pelo lento espalhamento de uma fissura.
Agora, Markus Buehler, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (Estados Unidos) e Huajian Gao, do Instituto Max Planck (Alemanha), fizeram cuidadosos estudos quantitativos das instabilidades dinâmicas das fraturas e propuseram uma nova teoria para explicar o fenômeno.
Quando os materiais se quebram e a fratura se propaga através deles, as ligações entre os átomos são quebradas, gerando duas novas superfícies.
Os experimentos mostraram que as fraturas que se propagam em baixas velocidades criam uma superfície plana, parecida com um espelho.
Já as fraturas que se espalham rapidamente, criam uma superfície rugosa, irregular. O comportamento é válido em uma série de materiais, incluindo cerâmica, vidro, polímeros e semicondutores.
A grande maioria das teorias atuais, que tentam explicar as fraturas, são baseadas em pequenas deformações do material, assumindo uma relação linear entre tensão e deformação.
Entretanto, essa relação em sólidos reais mostrou-se fortemente não-linear, devido à grande deformação próxima à extremidade da fissura que se amplia. Isso só pode ser explicado pela interação molecular ou atomística do material.
Ou seja, a quebra deve ser descrita não apenas em função da tensão e da deformação, mas da interação entre os átomos do material, que varia em função da velocidade de espalhamento da fissura.
A descoberta poderá ter um grande impacto em várias disciplinas teóricas e de engenharia, podendo ajudar a melhorar o entendimento de como os materiais se quebram em diferentes escalas, desde os nanomateriais até edifícios e pontes, assim como levar a um melhor entendimento dos terremotos.
Baseando-se em suas experiências e em modelos de interação dinâmica, os cientistas propuseram uma extensão das teorias existentes, uma proposição que eles batizaram de modelo de instabilidade modificado.
“Nosso novo modelo restringe as teorias atuais a casos limites, mas permite um tratamento unificado do problema da instabilidade, aplicável a uma variedade muito maior de materiais,” diz Buehler.
A principal contribuição do trabalho é a elaboração de um entendimento mais completo da dinâmicas das fraturas em materiais, levando a “insights” significativos na física das instabilidades dinâmicas das fraturas.
Fonte:
Dynamical fracture instabilities due to local hyperelasticity at crack tips
Markus Buehler, Huajian Gao
Nature
19 January 2006
Vol.: 439, 307-310
DOI: 10.1038/nature04408
