Improvável mistério da física: por que nossas roupas não se desfazem?
Os físicos sabem muitas coisas. E além das coisas que eles sabem, novas descobertas sobre o nosso mundo são feitas todos os dias. Por isso, é curioso que algo tão simples quanto as roupas que nós usamos sejam um mistério para eles. Mais especificamente, os físicos não sabem inteiramente como os fios de algodão que formam as nossas roupas transmitem tensão, tornando-os fortes o suficiente para evitar que as roupas caiam aos pedaços.
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Agora, um novo estudo parece explicar como isso acontece. O fio de algodão é feito de muitas fibras minúsculas, cada uma com apenas 2 a 3 cm de comprimento, mas quando juntas, as fibras são capazes de transmitir tensão por longas distâncias indefinidamente. Em um novo artigo publicado na Physical Review Letters, intitulado “Por que as roupas não se desmontam: transmissão de tensão em fios descontínuos”, os físicos Patrick Warren, da Unilever R & D Port Sunlight, Robin Ball, da Universidade de Warwick, e Ray Goldstein, da Universidade de Cambridge, ambas na Inglaterra, investigaram a tensão dos fios no âmbito da física estatística. Eles descobriram que é o atrito entre as fibras que impede que os fios se desfaçam.
Usando técnicas de programação linear, eles mostram que o atrito coletivo entre as fibras cria um mecanismo de travamento, e enquanto houver fricção suficiente, um conjunto aleatório de fibras pode, em princípio, transmitir uma tensão indefinidamente grande.
Galileu e o atrito
Seus resultados fornecem uma base quantitativa para a explicação proposta por Galileu em 1638. O famoso pensador era intrigado com o fato de como uma corda pode ser tão forte quando é feita de fibras tão pequenas. “O próprio ato de torcer faz com que os fios se unam de tal maneira que, quando a corda é esticada, as fibras quebram, em vez de se separarem umas das outras”, escreveu ele.
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No novo estudo, os pesquisadores modelaram o fio como um grupo de fibras que se sobrepõem aleatoriamente. Os resultados mostraram que, à medida que a fricção aumenta, uma transição de percolação do tipo de “falha” das fibras ocorre. Como explicam os pesquisadores, essa transição corresponde a “uma mudança de um modelo de falha ‘maleável’, onde o fio falha por deslizamento da fibra, para um modo de falha ‘quebradiço’, em que o mecanismo de falha é a quebra da fibra”. Acima deste limite, a resistência à tração torna-se aproximadamente 100 vezes mais forte que antes.
“Agora entendemos melhor, em um nível fundamental, como o atrito impede que materiais fibrosos se quebrem. De uma perspectiva aplicada, podemos usar a descoberta para dar suporte ao design de amaciantes de roupas, por exemplo”, disse Goldstein ao site Phys.org.
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No futuro, o modelo também poderia ser usado para otimizar as propriedades de linhas de costura feitas de várias misturas de fibras. Quando estendidos das fibras para meios granulares, os resultados também podem ter aplicações para melhor compreensão da transmissão de tensão em pilhas de areia e silos de grãos. Além disso, os pesquisadores planejam investigar o limiar em maior profundidade. “Planejamos escrever um artigo mais longo, explorando a natureza do estado ‘supercrítico’, acima da transição de percolação”, aponta Goldstein. [Phys.org]
2 comentários
É pra se ver. Como um assunto prosaico pode ser tão interessante.
Por incrível que pareça, existe muita coisa prosaica que não tem uma boa explicação. Precisamos de mais crianças curiosas e sem medo de perguntar “por quê” na ciência.