Alguma vez pensou que investigadores se dariam ao trabalho de perceber a física por detrás o acto de partir fios de esparguete crus? A verdade é que aconteceu mesmo, um grupo de investigadores do MIT (Massachusetts Institute of Technology), da Universidade de Cornell e da Universidade de Marselha publicaram um artigo na revista científica PNAS mostrando que se pode fracturar objetos de forma controlada aplicando torção à medida que se força a quebra. Neste estudo, uma haste plástica frágil é usada como objeto de estudo. Trata-se de um objecto similar a um fio de esparguete seco.
Quebrar longos objetos
A quebra de longos objectos quebradiços através da aplicação de forças nas suas extremidade leva sempre a uma ruptura não controlada desse objecto. Consequentemente, se as forças aplicadas forem suficientes para a ruptura do material, este acaba por partir em 3 ou mais pedaços. Isto acontece, por exemplo, com a haste plástica usada no estudo (Figura 1).
Figura 1 – (esquerda) Fotografias de alta velocidade mostram a quebra sequencial de um objecto comprido em vários fragmentos ao longo do tempo. (centro) Ondas de choque são criadas e propagadas ao longo do material. (direita) Tempo entre as duas primeiras fracturas e respectivo comprimento dos fragmentos em função do tempo.
Na figura 2, podemos ver o que acontece à haste de plástico quando sujeita a uma tensão das extremidades sem torção. A haste acaba por quebrar em várias posições, originando vários fragmentos.
Figura 2 – Resultado da quebra da haste com uma pequena torção
Quebra controlada
Os investigadores mostraram, através de experiências físicas e modelos computacionais, que a aplicação de uma torção juntamente com o movimento que origina a quebra da haste, leva a uma quebra controlada. Ou seja, a torção faz com que o objecto quebre apenas num ponto (Figura 3).
Figura 3 – Resultado da quebra da haste com aplicação de torção
Este fenómeno acontece porque a torção contraria a tensão que é aplicada no material, ou seja, permite aliviar o estresse do material quando a primeira quebra acontece. Isto é, uma vez que a primeira quebra aconteceu, o material consegue agora relaxar relativamente a essa torção aplicada causando libertação dessa energia potencial que não ficará então disponível para levar à quebra de mais fragmentos.
Os investigadores esperam que estas evidências possam a ser úteis no âmbito do trabalho com materiais, por forma a perceber como é que as forças podem ser aplicadas nos materiais para induzir quebras controladas.
Fonte: Heisser, R. H., V. P. Patil, N. Stoop, E. Villermaux, and J. Dunkel. “Controlling Fracture Cascades through Twisting and Quenching.” Proc Natl Acad Sci U S A (Aug 13 2018). http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1802831115.