Anos de experimentação meticulosa valeram a pena os pesquisadores que buscam unificar a física que define os materiais que fazem a transição de sólidos para líquidos. Os pesquisadores disseram que um novo modelo teórico pode ajudar a desenvolver novos materiais sintéticos e informar e prever desafios ambientais e de engenharia civil, como deslizamentos de terra, quebras de barragens e avalanches.

O estudo, liderado por Simon Rogers, professor de química e engenharia biomolecular da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, revela uma expressão matemática unificada que define como materiais macios, mas rígidos, fazem a transição de um fluxo sólido para um líquido quando excedem seu limite de tensão específico. Os resultados são publicados na revista Cartas de revisão física .

"O comportamento dos fluidos de tensão de escoamento tem sido tradicionalmente definido pela tentativa de combinar a física de dois tipos diferentes de materiais:sólidos e líquidos, "disse o autor principal Krutarth Kamani, estudante de graduação em engenharia química e biomolecular em Illinois. "Mas agora, mostramos que esses estados físicos - sólido e líquido - podem existir juntos no mesmo material, e podemos explicá-lo usando uma expressão matemática. "

Para desenvolver este modelo, a equipe realizou vários estudos que submeteram uma variedade de diferentes materiais macios a estresse enquanto mediam as respostas individuais de deformação sólida e líquida usando um dispositivo chamado reômetro.

"Pudemos observar o comportamento de um material e ver uma transição contínua entre os estados sólido e líquido, "disse Rogers, que também é afiliado do Instituto Beckman de Ciência e Tecnologia Avançada da Universidade de I. "Todos os modelos tradicionais descrevem uma mudança abrupta no comportamento de sólido para líquido, mas fomos capazes de resolver dois comportamentos distintos que refletem a dissipação de energia por meio de mecanismos sólidos e fluidos. "

O estudo relata que este desenvolvimento oferece aos pesquisadores um modelo simples para trabalhar, tornando mais fácil fazer cálculos em grande escala, como aqueles necessários para modelar e prever eventos catastróficos como deslizamentos de terra e avalanches.

"Os modelos existentes são computacionalmente caros, e os pesquisadores precisam lutar com os números para que os cálculos sejam o mais precisos possível, "Rogers disse." Nosso modelo é simples e mais preciso, e nós mostramos isso por meio de muitos experimentos de prova de conceito. "

Os pesquisadores disseram que estudos complexos de tensão de rendimento de fluidos são um tema quente para aqueles que investigam fluxos geofísicos, remediação de resíduos e processos industriais, como desenvolvimento de novos materiais, Impressão 3D e a minimização dos custos de transporte de resíduos. "Nosso modelo define um exemplo básico de comportamento sólido-líquido, mas acho que servirá como um ponto de partida para os pesquisadores fazerem um progresso significativo na definição dos fenômenos mais complexos de fluidos de tensão de escoamento. "