Figura 1 (a) Fotografia (vista frontal) da instalação experimental. Uma pilha ① de n placas (n =70 aqui) é colocada em dois rolos ② e carregada por um indentador ③ prescrevendo a deflexão no meio do vão. (b) Curvas de carga-descarga da força indentadora média por placa F 2 (w ∘) / n para valores selecionados de n. A linha preta fina corresponde ao clássico, previsão não linear para a flexão de três pontos de uma única placa, n =1 ([21], Sec. II). (c) Rigidez incremental normalizada K / (n B 1) e seu máximo K ± m (símbolos ⊳ e ⊲ para carga e descarga, respectivamente). DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.218004 © 2021 American Physical Society
Tudo começou com uma máquina de lavar instável. Pedro Reis, chefe do Laboratório de Estruturas Flexíveis da Escola de Engenharia da EPFL, enrolou um pedaço de tecido e o colocou sob a máquina para impedir que se movesse. Depois de ver como o tecido enrolado funcionava bem como amortecedor de vibração, ele começou a pensar. Ele falou com Samuel Poincloux, um pós-doutorado em seu laboratório, sobre sua ideia e eles logo perceberam que a física por trás de um pedaço de material enrolado que sofre deformação é, na verdade, nada trivial. Eles se propuseram a modelar o processo, mas dadas todas as diferentes variáveis envolvidas, eles decidiram primeiro simplificar o problema. Em vez de usar tecido enrolado, eles começaram com um objeto em camadas que possui uma geometria semelhante:um livro. "Para nossos experimentos, usamos folhas de plástico flexíveis que empilhamos como as páginas de um livro, para que pudéssemos ajustar e medir suas propriedades coletivas, "diz Poincloux.
Dobrando um livro
Os engenheiros analisaram dois fatores em particular:a quantidade de força necessária para dobrar uma pilha de folhas, e a melhor maneira de medir a energia perdida com o atrito entre pares de folhas contíguas. Para avaliar o primeiro fator, eles desenvolveram uma configuração experimental que poderia dobrar as folhas empilhadas e medir a quantidade de força necessária. "Inicialmente, pensamos que a força necessária para dobrar duas folhas era simplesmente duas vezes a de uma folha, "diz Poincloux." Mas descobrimos que quando você tem várias folhas empilhadas, a equação não é mais linear devido à interação de fricção entre as folhas. Isso significa que a resistência à deformação aumenta mais rapidamente do que o número de folhas. "
Lidando com o atrito
Em seguida, eles abordaram a questão do atrito. "Sabíamos que a energia estava sendo dissipada quando deformamos as folhas, mas queríamos ser capazes de medir e prever com precisão quanto, "diz Poincloux. Ele e Reis primeiro tentaram usar modelos de computador, mas descobriram que a maioria não leva em conta totalmente o atrito em configurações com muitas interfaces." Dobrando um livro - ou, em nosso caso, pilhas de folhas de plástico - cria forças de atrito entre as folhas individuais. Esse atrito não pode ser negligenciado, "diz Poincloux." Temos alguns métodos para medir a dissipação de atrito, mas nenhum modelo matemático existente que possamos usar. "Os engenheiros da EPFL entraram em contato com Basile Audoly, um pesquisador da École Polytechnique, para se basear em seu trabalho na modelagem de estruturas altamente compatíveis. A equipe de pesquisa foi finalmente capaz de prever os resultados de seus experimentos de laboratório usando uma nova teoria que incorpora o efeito do atrito. "Nosso trabalho pode servir de base para descrever o comportamento de materiais multicamadas como o grafeno, ou mesmo estratos geológicos, "diz Poincloux.
Os engenheiros também esperam que sua descoberta possa ajudar os pesquisadores a entender melhor os mecanismos de absorção de choque e projetar amortecedores mais eficazes, como colchões e esteiras, com dissipação de energia sintonizável.
