Las teorías clásicas de la dinámica de las grietas sólo son válidas en un rango pequeño del comportamiento de los materiales. Los resultados del nuevo estudio representan un gran avance en la comprensión de cómo se propagan las grietas en diversos materiales quebradizos, y la nueva teoría surgida ayuda a explicar las observaciones experimentales e informáticas que han sido pobremente comprendidas hasta ahora.
Experimentos anteriores demuestran que las grietas comienzan a formarse lentamente, creando un corte recto y limpio sobre una superficie plana como un espejo. Cuando la grieta gana en velocidad, llega a un cierto punto en que empieza a girar como una serpiente fuera de control dejando en sus vueltas una superficie crecientemente rugosa, desigual, que posteriormente produce un modelo de bifurcación caótica.
Sorprendentemente, este fenómeno ocurre en muchas clases diferentes de materiales quebradizos incluyendo el vidrio, las cerámicas, los polímeros y los semiconductores, pero los procesos físicos involucrados en este fenómeno no han sido comprendidos por completo.
Markus J. Buehler (investigador principal del Grupo de Modelación Mecánica Atómica en el Departamento de Ingeniería Civil y Medioambiental del MIT), y Huajian Gao (del Instituto Max Planck para la Investigación de los Metales en Stuttgart, Alemania, y ahora en la Universidad de Brown), simularon la acción de los átomos para estudiar cómo se comportan los materiales bajo condiciones extremas. Usando sofisticadas simulaciones de la dinámica molecular, han desvelado los procesos físicos de las grietas, y formulado una nueva teoría de cómo éstas se propagan en los materiales quebradizos.
Simulación átomo a átomo que muestra una grieta extendiéndose a través de un material quebradizo. (Foto: Markus J. Buehler, MIT )
Los investigadores descubrieron que para entender los diferentes estudios, aparentemente contradictorios, se requiere pensar en la conducta del material como en un comportamiento hiperelástico, significando esto que los enlaces atómicos están cerca del punto de ruptura.
"La hiperelasticidad proviene de los átomos, que actúan recíprocamente según las leyes de la mecánica cuántica, lo que ha sido desechado en las teorías existentes sobre las fracturas", explica Buehler. "Nuestros resultados sugieren que ésta es la clave para resolver las observaciones experimentales en las fracturas dinámicas".
Una consecuencia importante de la hiperelasticidad es que las conductas de endurecimiento elástico, tal como ocurre en materiales como la goma, pueden tener un efecto muy fuerte en la dinámica de la inestabilidad de las fracturas. El nuevo estudio muestra que las grietas en ciertos materiales pueden suprimir el modelo caótico de extensión de las grietas y moverse más rápidamente que la velocidad del sonido creando superficies planas como espejos.
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debo entender que este comportamento esta directamente relacinado con el nivel covalente molecualr ,seguido de una estructura cristalina propia del material ,ademas condicionado por el nivel de energia interna de cada atomo y restingida por la gravedad local como una cosntante pero con un nivel de energia de rompimiento menor a la fusion nuclear expontanea por lo que la relatividad esta presente a nuestra persepcion macroscopica ,supongo debera encontrarse la ecuacion energetica del micro sistema de forma aislada por el momento.
