p Certo, são metáforas mistas, mas assim como a modelagem é uma estimativa aproximada dos processos do mundo real, o mesmo ocorre com as explicações verbais de tal aritmética matizada. Trisha Sain, professor assistente de engenharia mecânica, explora a física multiescala pensando nos tijolos de Lego em sua sala de estar, as janelas dos arranha-céus e cozinhar um banquete. p Antes de drenar nosso macarrão, vamos estabelecer algumas bases para o estudo de materiais compostos. Os compósitos são feitos de vários materiais que combinam diferentes propriedades mecânicas e químicas, e idealmente essas combinações de microestruturas são uma vantagem para a maximização das propriedades desejadas. Mas as combinações criam mais complexidade, especialmente quando eles são expostos a ambientes extremos.

p Por exemplo, A pesquisa de Sain analisa os compósitos de polímero reforçado com fibra para a Força Aérea dos EUA. Os materiais devem resistir à umidade, aquecer, frio e talvez algumas rajadas. "Esses materiais podem lidar com tais extremos, "disse ela." O problema é que, como todos os materiais, eles envelhecem. Nós estudamos essa degradação. "

p O que nos traz de volta ao espaguete. Sain disse que compreender o comportamento dos compósitos e como eles reagem ao vento, chuva, frio e outros fatores ambientais são como desembaraçar uma tigela de macarrão espaguete. Polímeros, que são longas cadeias de carbono, enrole e torça como uma massa cozida. Embora as propriedades químicas e mecânicas específicas dos compósitos sejam bem conhecidas, Sain quer saber o que acontece quando o macarrão encontra o molho:como os polímeros interagem com fatores ambientais como ar ou calor ou sua ausência.

p E, assim como não pedimos um prato de "tomate-macarrão-manjericão e orégano" em um restaurante, compósitos no mundo real não são usados ​​ou avaliados por seus ingredientes microestruturais. Para entender espaguete composto, Sain estuda o prato como um todo - testando cada material em várias escalas e prototipando peças inteiras do equipamento. Para modelar como esses materiais se degradam ao longo do tempo, ela deve reunir todo um banquete de cálculos - do macarrão das cadeias de um polímero, para a placa de um painel, para o buffet de uma máquina inteira.

p "Então, nosso objetivo é capturar a física certa em cada escala e transferir as informações de uma escala de comprimento para outra de forma consistente, "Sain disse. Fazer isso requer um tipo de homogeneização matemática chamada de cálculos" instantâneos ", ela explicou. "Podemos capturar essas características com uma estrutura de modelagem que atravessa suavemente de uma escala para outra? Porque não é apenas uma escala de comprimento diferente; é uma física diferente, e cada um desses processos físicos pode ocorrer em uma escala de tempo diferente. "

p Outra maneira de Sain explicar como seus modelos abrangem várias escalas é pensar em peças de LEGO. Os blocos se encaixam de maneiras específicas, e alguns se encaixam melhor do que outros, dependendo do design.

p "Mas se você tentar fazer um prédio de campus inteiro com LEGOs, voce vai ter problemas, "Sain disse. Em escalas maiores, a física e a mudança de comportamento material. Em termos de arquitetura de modelo, a homogeneização instantânea permite que os cálculos do modelo mudem de peitoris de janela de contagem, para ver a janela, para então contabilizar toda a parede com todas as suas janelas. Por comparação, modelos discretos mais simples precisam usar limites rígidos entre cálculos de peitoril / janela / parede.

p "Basicamente, nosso objetivo não era cortar rapidamente as escalas e, em vez disso, atravessá-las continuamente, "Sain disse." Estamos fazendo uma abordagem de sistemas mecânicos estatísticos dentro da escala de comprimento do polímero - a escala do comprimento da janela - mas ainda tentando ter em mente que as descrições estatísticas e mecânicas de tudo o que calculamos devem ser aplicáveis ​​em um comprimento maior - a escala da parede. "

p Deslizes tão graciosos entre escalas, independentemente se o material é noodle-y, plástico, com painel de vidro ou reforçado com fibra, permitem que Sain preveja e avalie a degradação composta com mais facilidade e menos dinheiro do que os experimentos tradicionais.