Correntes de força explodem quando um "intruso" é arrancado de baixo de uma pilha de discos circulares, que são projetados para simular um material granular. Todo o processo leva menos de um segundo. Crédito:Yue Zhang, Universidade Duke
Você pode facilmente caminhar pela areia da praia. Mas entre em um poço de bolinhas, e as chances são de que você caia.
Os poços de areia e bolas são ambos materiais granulares, ou materiais que são feitos de coleções de partículas ou grãos muito menores. Dependendo de sua densidade e quanta força experimentam, materiais granulares às vezes se comportam como líquidos - algo em que você cai - e às vezes "se aglomeram" em sólidos, tornando-os algo em que você pode se apoiar.
"Em alguns casos, essas pequenas partículas descobriram como realmente formar estruturas semelhantes a sólidos, "disse Robert P. Behringer, James B. Duke Professor de Física. "Então por que eles não vão sempre esguichando para o lado e relaxam todo o estresse?"
Os físicos ainda não entendem exatamente quando e como ocorre o bloqueio, mas a equipe de Behringer na Duke está no caso. O grupo espreme, alongar, exitos, e extrai materiais granulares para obter uma imagem melhor de como e por que eles se comportam dessa maneira. A equipe apresentou recentemente 10 artigos colossais na Conferência de Pós e Grãos de 2017, que ocorreu de 3 a 7 de julho, 2017 em Montpellier, França.
Muitos desses estudos usam uma das técnicas favoritas do laboratório, que é criar materiais granulares a partir de pequenos discos transparentes com cerca de meia polegada a uma polegada de diâmetro. Esses discos são feitos de um material que, graças à maneira especial como ele interage com a luz, muda de cor quando esmagado. Este efeito permite que a equipe observe como a tensão dentro do material muda conforme várias forças são aplicadas.
Conforme as rodas giram, a tensão de cisalhamento entre os discos cria uma teia densa de forças interpartículas. Crédito:Yiqiu Zhao, Universidade Duke
Em um experimento, o estudante de pós-graduação Yue Zhang usou uma câmera de alta velocidade para detectar os padrões de tensão enquanto uma bola em uma corda é arrancada de uma pilha desses discos. No vídeo, a bola primeiro parece estar presa sob a pilha, e, de repente, cede após a aplicação de força suficiente - não muito diferente do que você pode experimentar puxar uma estaca de tenda do chão, ou abrir a tampa de um frasco de picles traquinas.
"O engraçado é que você começa a tentar puxar, você adiciona mais força, você adiciona mais força, e então, em algum ponto, você puxa com tanta força que bate na cabeça, "Behringer disse.
A equipe ficou surpresa ao descobrir que os padrões de estresse criados pela bola, que Behringer diz parecer "como o cabelo todo arrepiado, "são quase idênticos ao estresse do impacto, apenas ao contrário.
"O que você vê é que você está gradualmente puxando cada vez com mais força, a dinâmica final é, em certo sentido, a mesma dinâmica que você obtém no impacto, "Behringer disse.
Em outro experimento, a equipe examinou o que acontece em materiais granulares sob tensão de cisalhamento, que é semelhante à força que seus dedos exercem uns sobre os outros quando você os esfrega.
Abaixo dos pequenos discos transparentes há uma série de rodas concêntricas, cada um conectado ao seu próprio motor. Ao girar essas plataformas em velocidades diferentes, Yiqiu Zhao pode observar como a tensão de cisalhamento afeta os discos. Crédito:Duke University
O estudante de pós-graduação Yiqiu Zhao colocou centenas desses discos em uma plataforma circular feita de uma série de placas, anéis concêntricos, cada um dos quais é controlado por um motor separado. À medida que os anéis giram em velocidades diferentes, as partículas esfregam umas nas outras, criando uma tensão de cisalhamento.
"Temos cerca de vinte motores de passo aqui, para que possamos girar todos os anéis para aplicar um cisalhamento não apenas do limite externo, mas também de todos os lugares dentro da maior parte do material, "Zhao disse. Isso garante que cada partícula no círculo experimente uma quantidade semelhante de cisalhamento.
"Uma das principais intenções deste novo experimento foi encontrar uma maneira de podarmos até que as vacas voltassem para casa, "Behringer disse." E se for preciso cem vezes mais cisalhamento do que eu poderia conseguir com experimentos mais antigos, bem, vamos conseguir. "
Conforme os anéis giram, vídeos do material mostram forças saindo do círculo interno como relâmpagos. Eles descobriram que, aplicando cisalhamento suficiente, é possível tornar o material como um sólido em densidades muito mais baixas do que antes.
"Você pode realmente transformar um fluido granular em um sólido granular cortando-o, "Behringer disse." Então é como se você não colocasse gelo na geladeira, você coloca em uma dessas bandejas e você tosquia a bandeja e ela vira gelo. "
