Nuevo descubrimiento muestra que las grietas a tensión pueden romper los límites de velocidad clásicos, acercándose a velocidades cercanas al supersónico.

27 de julio de 2023

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por la Universidad Hebrea de Jerusalén

Investigadores del Instituto Racah de Física, Universidad Hebrea de Jerusalén, han hecho un descubrimiento que desafía la comprensión convencional de la mecánica de fractura. El equipo, liderado por el Dr. Meng Wang, el Dr. Songlin Shi y el Prof. Jay Fineberg, ha demostrado experimentalmente la existencia de fisuras de tracción 'supershear' que superan los límites de velocidad clásicos y se transicionan a velocidades casi supersónicas. Su artículo se publica en la revista Science. 

Tradicionalmente, se ha observado que los materiales frágiles fallan a través de la propagación rápida de fisuras. La mecánica clásica de fractura describe el movimiento de fisuras de tracción que liberan energía elástica dentro de una zona localizada en sus puntas, limitando su velocidad a la velocidad de onda de Rayleigh (CR). Sin embargo, los hallazgos recientes de los investigadores de la Universidad Hebrea indican un cambio de paradigma en esta comprensión.

Utilizando materiales neo-Hookean frágiles en sus experimentos, el equipo identificó la aparición de fisuras de tracción 'supershear' que aceleran suavemente más allá del límite de velocidad clásico de CR. Sorprendentemente, estas fisuras se observaron que superaban también la velocidad de la onda de cizallamiento (cS). En ciertos casos, las velocidades de estas fisuras supershear se acercaban a velocidades de onda de dilatación, presentando fenómenos previamente no observados en la mecánica clásica de fractura.

Uno de los aspectos más destacados del descubrimiento es la observación de que las dinámicas supershear están gobernadas por principios diferentes a los que guían las fisuras clásicas. Este modo no clásico de fractura por tracción no es un evento aleatorio; más bien, se excita en niveles de deformación críticos que dependen de las propiedades del material.

'Este hallazgo representa un cambio fundamental en nuestra comprensión del proceso de fractura en materiales frágiles', comentó el Prof. Jay Fineberg, autor correspondiente de la investigación. 'Al demostrar la existencia de fisuras de tracción supershear y su capacidad para superar los límites de velocidad clásicos, hemos abierto nuevas vías para estudiar la mecánica de fractura y sus aplicaciones'.

Las implicaciones de esta investigación se extienden más allá del ámbito de la física. Al mostrar que las fisuras de tracción pueden superar sus límites de velocidad clásicos, los investigadores han abierto el camino hacia una nueva comprensión de la mecánica de fractura.