Nuova scoperta mostra che le crepe a trazione possono rompere i limiti di velocità classici, avvicinandosi a velocità prossime al suono.

27 luglio 2023

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da Hebrew University of Jerusalem

Ricercatori presso l'Istituto di Fisica Racah, Hebrew University of Jerusalem, hanno fatto una scoperta che mette in discussione la comprensione convenzionale della meccanica della frattura. Il team, guidato dal Dr. Meng Wang, il Dr. Songlin Shi, e il Prof. Jay Fineberg, ha dimostrato sperimentalmente l'esistenza di crepe di trazione 'supershear' che superano i limiti di velocità classici e raggiungono velocità quasi supersoniche. Il loro articolo è pubblicato sulla rivista Science.

Tradizionalmente, i materiali fragili sono stati osservati fallire attraverso la propagazione rapida di crepe. La meccanica classica della rottura descrive il movimento di crepe di trazione che rilasciano energia elastica all'interno di una zona localizzata alle loro punte, limitando la loro velocità alla velocità delle onde di Rayleigh (CR). Tuttavia, i recenti risultati dei ricercatori dell'Università Ebraica indicano un cambio di paradigma in questa comprensione.

Utilizzando materiali neohookeani fragili nei loro esperimenti, il team ha identificato la presenza di crepe di trazione 'supershear' che accelerano dolcemente oltre il limite di velocità classico di CR. Sorprendentemente, queste crepe sono state osservate superare anche la velocità delle onde di taglio (cS). In alcuni casi, le velocità di queste crepe supershear si avvicinavano alle velocità delle onde di dilatazione, presentando fenomeni precedentemente non osservati nella meccanica classica della frattura.

Uno degli aspetti più notevoli della scoperta è l'osservazione che la dinamica delle crepe supershear è governata da principi diversi da quelli che guidano le crepe classiche. Questa modalità non classica di rottura di trazione non è un evento casuale; piuttosto, viene stimolata ad alcuni livelli critici di deformazione che dipendono dalle proprietà del materiale.

"Questo ritrovamento rappresenta un cambiamento fondamentale nella nostra comprensione del processo di frattura nei materiali fragili", ha commentato il Prof. Jay Fineberg, autore corrispondente della ricerca. "Dimostrando l'esistenza di crepe di trazione supershear e la loro capacità di superare i limiti di velocità classici, abbiamo aperto nuove strade per lo studio della meccanica della frattura e le sue applicazioni".

Le implicazioni di questa ricerca vanno oltre il campo della fisica. Mostrando che le crepe di trazione possono superare i loro limiti di velocità classici, i ricercatori hanno aperto la strada a una nuova comprensione della meccanica della frattura.