Seguro, son metáforas mixtas, pero así como el modelado es una estimación cercana de los procesos del mundo real, también lo son las explicaciones verbales de una aritmética tan matizada. Trisha Sain, profesor asistente de ingeniería mecánica, explora la física multiescala pensando en los ladrillos LEGO de su sala de estar, las ventanas de los rascacielos y cocinando un banquete.

Antes de escurrir nuestros fideos establezcamos algunas bases para el estudio de materiales compuestos. Los composites están hechos de múltiples materiales que combinan diferentes propiedades mecánicas y químicas, e idealmente, tales combinaciones de microestructuras son beneficiosas para todos para maximizar las propiedades deseadas. Pero las combinaciones crean más complejidad, especialmente cuando están expuestos a ambientes extremos.

Por ejemplo, La investigación de Sain analiza los compuestos poliméricos reforzados con fibra para la Fuerza Aérea de los EE. UU. Los materiales deben resistir la humedad, calor, frío y tal vez algunas ráfagas. "Estos materiales pueden soportar tales extremos, ", dijo." El problema es que, como todos los materiales, ellos envejecen. Estudiamos esa degradación ".

Lo que nos devuelve a los espaguetis. Sain dijo que al comprender el comportamiento de los compuestos y cómo reaccionan al viento, lluvia, el frío y otros factores ambientales es como desenredar un plato de espaguetis. Polímeros que son largas cadenas de carbono, envuélvalos y gírelos como la pasta cocida. Si bien las propiedades químicas y mecánicas específicas de los compuestos son bien conocidas, Sain quiere saber qué sucede cuando los fideos se encuentran con la salsa:cómo interactúan los polímeros con factores ambientales como el aire o el calor o su ausencia.

Y, al igual que no pedimos un plato de "fideos, tomates, albahaca y orégano" en un restaurante, los compuestos en el mundo real no se utilizan ni evalúan por sus ingredientes microestructurales. Para entender los espaguetis compuestos, Sain estudia el plato en su conjunto:prueba cada material en varias escalas y crea prototipos de piezas completas de equipo. Para modelar cómo estos materiales se degradan con el tiempo, ella debe armar todo un festín de cálculos, a partir de los fideos de las cadenas de un polímero, a la placa de un panel, al buffet de toda una máquina.

"Entonces, nuestro objetivo es capturar la física correcta en cada escala y transferir la información de una escala de longitud a otra de manera consistente, ", Dijo Sain. Hacerlo requiere una especie de homogeneización matemática llamada cálculos" sobre la marcha ", Ella explicó. "¿Podemos capturar estas características con un marco de modelado que atraviesa sin problemas de una escala a otra? Porque no es solo una escala de longitud diferente; es una física diferente, y cada uno de estos procesos físicos puede ocurrir en una escala de tiempo diferente ".

Otra forma en que Sain explica cómo sus modelos abarcan múltiples escalas es pensar en ladrillos LEGO. Los bloques encajan entre sí de formas específicas, y algunos encajan mejor que otros dependiendo del diseño.

"Pero si intentas hacer un edificio de campus completo con LEGO, vas a tener problemas, "Dijo Sain. En escalas más grandes, la física y el comportamiento de los materiales cambian. En términos de arquitectura modelo, La homogeneización sobre la marcha permite que los cálculos del modelo pasen de contar los alféizares de las ventanas, a ver la ventana, para luego contabilizar toda la pared con todas sus ventanas. En comparación, Los modelos discretos más simples tienen que utilizar límites estrictos entre los cálculos de alféizar / ventana / pared.

"Básicamente, Nuestro objetivo no era cortar rápidamente las escamas y, en cambio, atravesarlas continuamente, ", Dijo Sain." Estamos haciendo un enfoque de sistemas mecánicos estadísticos dentro de la escala de longitud del polímero, la escala de longitud de la ventana, pero aún tratando de tener en cuenta que las descripciones estadísticas y mecánicas de todo lo que calculemos tienen que ser aplicables a una longitud mayor. la escala de la pared ".

Tan graciosos deslizamientos entre escamas, independientemente de si el material es fideos, el plastico, paneles de vidrio o reforzados con fibra, permiten a Sain predecir y evaluar la degradación compuesta con más facilidad y menos dinero que los experimentos tradicionales.