Al estudiar el comportamiento de una baraja de cartas, y pilas de otros materiales, como el acero y el aluminio, Los científicos de la Universidad de Drexel están probando la existencia de un fenómeno de pandeo que ocurre dentro de los materiales estratificados cuando se someten a presión. El descubrimiento podría dar forma a la forma en que los investigadores, desde ingenieros estructurales y mecánicos hasta geólogos y sismólogos, estudian la forma en que las cosas se deforman bajo presión.

Este fenómeno, descrito como un comportamiento "elástico no lineal retorcido" por los investigadores del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Drexel, quienes lo informaron por primera vez en 2016, se describe mejor como la separación y el pandeo de las capas internas de un material a medida que se comprimen desde los lados. Ejemplos comunes son la forma en que las cartas en una baraja de naipes se doblan cuando las aprieta desde los bordes sin permitir que las cartas se separen, o cómo a veces se forma una ondulación en una alfombra si se empuja desde el borde.

En entornos presurizados como este, ya sea en la mesa de juego o en medio de placas tectónicas, algo tiene que ceder. Su teoría explica exactamente cómo se ve ese "dar" y cómo sucede. En su artículo reciente "Ripplocations:A Universal Deformation Mechanism in Solids, "publicado en la revista Materiales de revisión física , los investigadores proporcionan el primer vistazo a estas ondas internas, apodado "ripplocations, "que se puede observar a simple vista.

"Lo que hicimos aquí fue mostrar que las ripplocations existen a nivel macro y luego las modelamos a nivel atómico, y demostró que la respuesta fue básicamente la misma ", dijo Michel Barsoum Ph.D., Profesor distinguido en la Facultad de Ingeniería de Drexel y autor principal del artículo. "Esta es la primera vez que las ripplocations se han visto en acción y nos han ayudado a comprender por qué son reversibles".

El trabajo anterior de Barsoum sugirió la existencia de ripplocations mediante el uso de simulaciones atomísticas de materiales a granel. Este informe demuestra claramente la formación de bandas onduladas (capas interiores que se comban en formaciones onduladas) a medida que se forman en una pila de cartas, láminas delgadas de acero y aluminio cuando se comprimen lateralmente mientras están confinadas.

"El experimento que llevamos a cabo es bastante simple en realidad. En un caso, confinamos una baraja de cartas por los lados y las empujamos desde la parte superior. A una carga dada, se produce el pandeo, pero debido a que la cubierta es confinada, se comportan como ondas totalmente reversibles, "dijo Leslie Lamberson, Doctor., profesor asociado de la Facultad de Ingeniería y coautor del artículo.

"Usando simulaciones atómicas mostramos que en grafito, como en la baraja de cartas, Ripplocations nuclean en algún momento antes de que el material alcance su punto de falla y hasta que llegue a ese punto, el comportamiento es completamente reversible, si se quita la presión, las ondas se disipan y las capas vuelven a su forma original, "dijo Garritt Tucker, Doctor., profesor asistente en la Escuela de Minas de Colorado y coautor del artículo.

También observaron que las bandas onduladas se forman todas a la vez, con las olas emergiendo en masa a medida que se aplica la carga. La altura de las ondas o amplitud, aumentado con la carga.

"Este documento muestra que las ripplocations son independientes de la escala, "Barsoum dijo." Esta primera investigación mostró que las ripplocations existen y son más o menos completamente reversibles y que disipan energía de una manera que hemos observado en capas de sólidos a escala atómica durante más de una década. Pero demostrando el mismo comportamiento en materiales estratificados que podemos ver directamente, es un paso importante para demostrar que el comportamiento ocurre en materiales de todos los tamaños ".

Barsoum sugiere que esta investigación podría algún día informar a los geólogos que estudian la deformación de formaciones geológicas en capas, además de ayudarnos a comprender mejor el comportamiento de las placas tectónicas que provocan los terremotos.

"La investigación sobre la deformación de los sistemas estratificados en general se ha centrado en su falla. En este trabajo, mostramos que hay un importante, régimen elástico no lineal que precede a la falla que tiene, por lo que sabemos, casi totalmente descuidado. El caso que hicimos sin embargo, que comprender este régimen es crucial y fundamental para comprender a todos los demás, " escriben.