Em um artigo publicado em Física da Natureza , Distinto Professor Alain Karma do Departamento de Física, Artes e Ciências da Northeastern University, em colaboração com seu associado de pesquisa de pós-doutorado Chih-Hung Chen e o professor Eran Bouchbinder do Departamento de Física Química do Instituto Weizmann de Ciências, descobriram o mecanismo que faz com que as rachaduras tenham um comportamento estranho quando se espalham muito rapidamente em materiais quebradiços. Os resultados deste estudo ajudarão os pesquisadores a entender melhor como os materiais frágeis, como vidro, cerâmica, polímeros, e fratura óssea - muitas vezes catastroficamente - e como projetar melhor os materiais para evitar falhas.

O objetivo do Karma era entender como as coisas quebram, uma vez que a principal forma de falha dos materiais é através da propagação de trincas, que tem sido um problema na ciência dos materiais, construção, e desenvolvimento de produtos. Mais especificamente, a equipe de pesquisa colaborativa queria entender como as propriedades mecânicas da região de alta concentração de tensão ao redor da borda de uma trinca afetam a dinâmica da trinca.

"Embora as rachaduras retas possam, em princípio, percorrer um material tão rápido quanto a velocidade do som, eles nunca alcançam essa velocidade por razões que permaneceram elusivas, "disse Karma." Nós mostramos que isso ocorre porque as rachaduras se tornam inerentemente instáveis ​​quando sua velocidade é suficientemente alta. A instabilidade faz com que a ponta da rachadura oscile de um lado para o outro e trace um caminho ondulado através do material. Esta instabilidade foi completamente perdida pelas teorias convencionais de fratura, que todos assumem que a relação entre alongamento e força dentro de um material é linear, o que significa que dobrar a força dobra a quantidade de alongamento. Nosso trabalho mostra que essa suposição se quebra perto da ponta da trinca e explica como a relação não linear entre alongamento e força produz oscilações com um período bem definido que pode estar relacionado às propriedades dos materiais. "

Através desta pesquisa, Karma e seus colegas desenvolveram uma nova teoria para ajudar os pesquisadores a prever, por meio de simulações de computador em grande escala, a dinâmica de uma fissura em condições variadas, que tem o potencial de ajudar a entender por que e como certos materiais falham.

Com sucesso nesta pesquisa, Karma espera continuar com trabalhos mais relacionados. "Este estudo usou folhas muito finas de materiais quase 2D. Pretendemos estender este estudo para materiais 3D a granel. Em massa, a instabilidade que impede que as rachaduras se quebrem na velocidade do som acontece em uma velocidade de rachadura menor do que em 2D, mas o mecanismo não é compreendido, " ele disse.

Para elucidar este mecanismo, a equipe planeja investigar o fenômeno 3D de micro-ramificação, quando a rachadura principal se divide em muitas microfissuras, para entender suas origens em amostras a granel de materiais quebradiços. "Acreditamos que a relação não linear entre força e deformação está na raiz das instabilidades de micro-ramificação, e achamos que podemos resolver esse problema, "Karma disse.