Usando provas matemáticas, experimentos e simulações para mostrar como um material enruga quando achatado

Enrugamento de conchas confinadas. Padrões de rugas resultam quando as cascas inicialmente curvas são confinadas próximas a um plano. a,b, Simulações e experimentos de recortes quadrados de uma sela (a) e uma esfera (b) mostram domínios de rugas ordenadas de forma robusta, ao lado de uma resposta mais desordenada no caso esférico (losangos centrais em b). Apresentamos uma teoria de granulação grossa para prever o tipo e o layout de tais domínios de rugas. c, Rugas de granulação grossa. Um ponto (x, p(x)) na casca inicial é deslocado ao longo do plano por u e fora do plano até uma altura w. Os campos de granulação grossa ueff e weff = 0 expressam um limite teórico no qual a casca é infinitesimalmente enrugada e perfeitamente confinada. Crédito:Física da Natureza (2022). DOI:10.1038/s41567-022-01672-2

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Illinois em Chicago, da Universidade de Syracuse e da Universidade da Pensilvânia desenvolveu um meio de mostrar como um determinado pedaço de material enruga depois de ser achatado. Em seu artigo publicado na revista Nature Physics , o grupo descreve experimentos que realizaram com pequenos pedaços de plástico.
Pesquisas anteriores mostraram que é difícil entender as regras de enrugamento para quase qualquer material - há muitas variáveis envolvidas para lidar com isso. Nesse novo esforço, os pesquisadores procuraram entender como o enrugamento funciona em um único material à medida que enruga em um ambiente controlável.

O trabalho seguiu o trabalho feito por Ian Tabasco, matemático da Universidade de Illinois Chicago. Ele desenvolveu uma teoria centrada nos custos de energia envolvidos quando um material enruga. Para testar suas teorias, os pesquisadores primeiro criaram simulações de respostas materiais a estímulos de maneiras descritas pelas fórmulas matemáticas de Tabasco. No entanto, eles descobriram que um ambiente simulado não era viável, então eles configuraram um cenário de teste do mundo real.

Eles colocaram pedaços finos e planos de plástico em uma superfície de vidro curvo e depois o giraram, o que tornou o plástico ainda mais fino à medida que assumiu a forma do vidro curvo. Em seguida, eles colocaram os pedaços de plástico curvados em uma superfície molhada e observaram a tensão da água forçando o plástico a enrugar. Eles então usaram dados das rugas que se desenvolveram para ajustar as simulações e descobriram que fazer isso repetidamente levava à geração de regras que descreviam como as rugas apareciam e se comportavam.

Os pesquisadores descobriram, por exemplo, que as rugas que se formam em fileiras em vez de nas bordas de um remendo dependiam da forma do pedaço de plástico pouco antes da formação das rugas. Eles também descobriram que eram capazes de prever onde as rugas apareceriam em um determinado pedaço de plástico se dividissem a área plástica em muitas pequenas subunidades. Sob tais condições, eles descobriram que os cálculos de Tabasco poderiam ser usados para descrever os tipos de ondulações que apareceriam e levariam ao enrugamento. + Explorar mais