En un artículo publicado en Física de la naturaleza , Departamento de Ciencias Físicas, Artes y Ciencias de la Northeastern University Profesor Distinguido Alain Karma, en colaboración con su investigador asociado postdoctoral Chih-Hung Chen y el profesor Eran Bouchbinder del Departamento de Física Química del Instituto Weizmann de Ciencias, Descubrió el mecanismo que hace que las grietas se comporten de manera extraña cuando se propagan muy rápidamente en materiales quebradizos. Los resultados de este estudio ayudarán a los investigadores a comprender mejor cómo los materiales frágiles, como el vidrio, cerámico, polímeros, y rotura de huesos, a menudo catastróficamente, y cómo diseñar mejor los materiales para evitar fallas.

El objetivo de Karma era entender cómo se rompen las cosas, Dado que una de las principales formas en que los materiales fallan es a través de la propagación de grietas, que ha sido durante mucho tiempo un problema en la ciencia de los materiales, construcción, y desarrollo de productos. Más específicamente, El equipo de investigación colaborativo quería comprender cómo las propiedades mecánicas de la región de alta concentración de esfuerzos alrededor del borde de una grieta afectan la dinámica de la grieta.

"Si bien las grietas rectas pueden, en principio, correr a través de un material tan rápido como la velocidad del sonido, nunca alcanzan esa velocidad por razones que han permanecido esquivas, ", dijo Karma." Hemos demostrado que esto se debe a que las grietas se vuelven inherentemente inestables cuando su velocidad es lo suficientemente alta. La inestabilidad hace que la punta de la grieta se mueva de lado a lado y traza un camino ondulado a través del material. Esta inestabilidad ha sido completamente ignorada por las teorías convencionales de fractura, que asumen que la relación entre estiramiento y fuerza dentro de un material es lineal, lo que significa que duplicar la fuerza duplica la cantidad de estiramiento. Nuestro trabajo muestra que esta suposición se rompe cerca de la punta de la grieta y explica cómo la relación no lineal entre estiramiento y fuerza produce oscilaciones con un período bien definido que puede relacionarse con las propiedades de los materiales ".

A través de esta investigación, Karma y sus colegas desarrollaron una teoría novedosa para ayudar a los investigadores a predecir, a través de simulaciones por computadora a gran escala, la dinámica de una grieta en diversas condiciones, que tiene el potencial de ayudar a comprender por qué y cómo fallan ciertos materiales.

Con éxito en esta investigación, Karma espera continuar con trabajos más relacionados. "Este estudio utilizó láminas muy delgadas de materiales cuasi-2D. Planeamos extender este estudio a materiales a granel 3D. A granel, la inestabilidad que evita que las grietas se rompan a la velocidad del sonido ocurre a una velocidad de ruptura menor que en 2D pero el mecanismo no se comprende, " él dijo.

Para dilucidar este mecanismo, el equipo planea investigar el fenómeno 3D de las micro ramificaciones, cuando la grieta principal se divide en muchas microgrietas, comprender sus orígenes en muestras a granel de materiales frágiles. "Creemos que la relación no lineal entre la fuerza y ​​la deformación está en la raíz de las inestabilidades de las micro ramificaciones, y creemos que podemos solucionar ese problema "Dijo Karma.