Figura 1 (a) Fotografía (vista frontal) de la configuración experimental. Una pila ① de n placas (n =70 aquí) se coloca sobre dos rodillos ② y se carga con un indentador ③ que prescribe la deflexión en el medio. (b) Curvas de carga-descarga de la fuerza de penetración promedio por placa F 2 (w ∘) / n para valores seleccionados de n. La delgada línea negra corresponde al clásico, predicción no lineal para la flexión de tres puntos de una sola placa, n =1 ([21], Segundo. II). (c) Rigidez incremental normalizada K / (n B 1) y sus máximos K ± m (símbolos ⊳ y ⊲ para carga y descarga, respectivamente). DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.218004 © 2021 Sociedad Estadounidense de Física
Todo comenzó con una lavadora inestable. Pedro Reis, jefe del Laboratorio de Estructuras Flexibles de la Escuela de Ingeniería de EPFL, enrollo un trozo de tela y lo coloca debajo de la máquina para evitar que se mueva. Después de ver lo bien que funcionaba la tela enrollada como amortiguador de vibraciones, se puso a pensar. Habló con Samuel Poincloux, un postdoctorado en su laboratorio, sobre su idea y pronto se dieron cuenta de que la física detrás de una pieza de material enrollado que sufre una deformación es en realidad bastante no trivial. Se propusieron modelar el proceso, pero dadas todas las diferentes variables involucradas, decidieron primero simplificar el problema. En lugar de usar tela enrollada, comenzaron con un objeto en capas que posee una geometría similar:un libro. "Para nuestros experimentos, usamos láminas de plástico flexibles que apilamos como las páginas de un libro, para que podamos ajustar y medir sus propiedades colectivas, "dice Poincloux.
Doblar un libro
Los ingenieros observaron dos factores en particular:la cantidad de fuerza necesaria para doblar una pila de hojas, y la mejor manera de medir la energía perdida por fricción entre pares de láminas contiguas. Para evaluar el primer factor, desarrollaron una configuración experimental que podía doblar las hojas apiladas y medir la cantidad de fuerza requerida. "Inicialmente pensamos que la fuerza necesaria para doblar dos hojas era simplemente el doble de la de una hoja, "dice Poincloux." Pero descubrimos que cuando tienes varias hojas apiladas, la ecuación ya no es lineal debido a la interacción de fricción entre las hojas. Eso significa que la resistencia a la deformación aumenta más rápido que el número de hojas ".
Abordar la fricción
A continuación, abordaron el tema de la fricción. "Sabíamos que la energía se estaba disipando cuando deformamos las sábanas, pero queríamos poder medir y predecir con precisión cuánto, ", dice Poincloux. Él y Reis primero intentaron usar modelos de computadora, pero descubrieron que la mayoría no tienen en cuenta completamente la fricción en configuraciones con muchas interfaces". Doblar un libro, o en nuestro caso, pilas de láminas de plástico:crea fuerzas de fricción entre las láminas individuales. Esa fricción no se puede descuidar, ", dice Poincloux." Tenemos algunos métodos para medir la disipación por fricción, pero no existe ningún modelo matemático que podamos utilizar ". Por lo tanto, los ingenieros de EPFL se pusieron en contacto con Basile Audoly, investigador de la École Polytechnique, para aprovechar su trabajo en el modelado de estructuras altamente compatibles. El equipo de investigación finalmente pudo predecir los resultados de sus experimentos de laboratorio utilizando una nueva teoría que incorpora el efecto de la fricción. "Nuestro trabajo podría servir como base para describir el comportamiento de materiales multicapa como el grafeno, o incluso estratos geológicos, "dice Poincloux.
Los ingenieros también esperan que su descubrimiento pueda ayudar a los investigadores a comprender mejor los mecanismos de absorción de impactos y diseñar amortiguadores más efectivos. como colchones y colchonetas, con disipación de energía sintonizable.
