Em um estudo piloto, pesquisadores da North Carolina State University e do Haverford College usaram vibrações acústicas naturais - ou ondas sonoras - para monitorar o estado dos materiais granulares. Esta abordagem passiva representa uma maneira de sondar materiais desordenados ou granulares sem perturbá-los, e pode permitir aos pesquisadores prever a falha desses materiais.

Materiais granulares, como o chão abaixo de nós, pode falhar por meio de eventos espontâneos como terremotos. Mas é difícil sondar ou medir esses materiais para prever falhas. O físico do Haverford College e ex-pesquisador de pós-doutorado do NC State Ted Brzinski e a física do NC State Karen Daniels decidiram examinar as ondas sonoras que emanam do material para caracterizar os diferentes modos vibracionais do material.

Modos vibracionais são as maneiras pelas quais algo pode oscilar, ou mover internamente. Uma pequena molécula só pode oscilar de algumas maneiras, por exemplo, mas objetos maiores terão mais modos, que são afetados tanto pelas localizações quanto pelas massas dos componentes. Em um sistema desordenado ou amorfo de materiais granulares, como sujeira ou cascalho, o número de modos rapidamente se torna muito grande para prever ou medir diretamente.

Contudo, cada modo tem uma frequência acústica particular associada a ele. A abordagem de Brzinski e Daniels mede as frequências dos modos vibracionais ativos no material, dando-lhes um instantâneo acústico da "saúde" geral do material.

Para testar sua técnica, eles criaram um sistema granular composto por 8, 000 contas de polímero circulares e elípticas. Eles registraram as emissões acústicas de mais de 1, 100 eventos stick-slip - que é o que acontece quando as placas tectônicas deslizam uma sobre a outra em um terremoto - e classificaram as frequências presentes em sinais acústicos associados à falha iminente.

"As frequências mais baixas estão associadas aos modos 'disquete', o que significa que há muito mais movimento, enquanto frequências mais altas estão associadas a modos rígidos ou rígidos, "diz Brzinski." O que as pessoas viram nos sistemas modelo é que, como você tem mais modos de disquete do que o esperado, quanto mais perto você está de perder a rigidez. O escorregamento ocorre quando a rigidez é perdida. Nossos testes confirmaram os resultados do sistema do modelo - falhas ocorreram quando havia mais modos de baixa frequência do que o esperado. "

"Mas não se trata apenas de ouvir para ver quais frequências de som estão presentes; precisamos observar a proporção dos modos, "diz Daniels." Sabemos que os materiais perto da falha têm muitos modos de baixa frequência. Nosso método conta o número de certos tipos de modos para prever falhas. A beleza da técnica é que você pode monitorar o sistema sem qualquer interferência - apenas ouvindo. O método é bastante simples, e pode nos permitir prever o comportamento de materiais desordenados. "

A pesquisa aparece em Cartas de revisão física .