In un articolo pubblicato su Fisica della natura , Professore distinto Alain Karma del Dipartimento di Fisica della Northeastern University, in collaborazione con il suo associato di ricerca post-dottorato Chih-Hung Chen e il professor Eran Bouchbinder del dipartimento di fisica chimica del Weizmann Institute of Science, scoperto il meccanismo che fa sì che le crepe si comportino in modo strano quando si diffondono molto rapidamente in materiali fragili. I risultati di questo studio aiuteranno i ricercatori a capire meglio come i materiali fragili, come il vetro, ceramica, polimeri, e rotture ossee, spesso catastrofiche, e come progettare meglio i materiali per evitare guasti.

L'obiettivo di Karma era capire come si rompono le cose, poiché un modo principale in cui i materiali si guastano è attraverso la propagazione delle cricche, che è stato a lungo un problema nella scienza dei materiali, costruzione, e sviluppo del prodotto. Più specificamente, il team di ricerca collaborativa ha voluto capire come le proprietà meccaniche della regione ad alta concentrazione di sollecitazioni attorno al bordo di una cricca influenzino la dinamica della cricca.

"Mentre le crepe diritte possono, in linea di principio, correre attraverso un materiale veloce quanto la velocità del suono, non raggiungono mai quella velocità per ragioni che sono rimaste sfuggenti, " ha detto Karma. "Abbiamo dimostrato che questo è dovuto al fatto che le crepe diventano intrinsecamente instabili quando la loro velocità è sufficientemente elevata. L'instabilità fa sì che la punta della fessura oscilli da un lato all'altro e traccia un percorso ondulato attraverso il materiale. Questa instabilità è stata completamente ignorata dalle teorie convenzionali della frattura, che tutti presuppongono che la relazione tra allungamento e forza all'interno di un materiale sia lineare, il che significa che raddoppiando la forza si raddoppia la quantità di allungamento. Il nostro lavoro mostra che questa ipotesi si rompe vicino alla punta della fessura e spiega come la relazione non lineare tra allungamento e forza produce oscillazioni con un periodo ben definito che può essere correlato alle proprietà dei materiali".

Attraverso questa ricerca, Karma e i suoi colleghi hanno sviluppato una nuova teoria per aiutare i ricercatori a prevedere, attraverso simulazioni al computer su larga scala, la dinamica di una fessura in condizioni variabili, che ha il potenziale per aiutare a capire perché e come alcuni materiali falliscono.

Con successo in questa ricerca, Karma spera di continuare con altri lavori correlati. "Questo studio ha utilizzato fogli molto sottili di materiali quasi-2D. Abbiamo in programma di estendere questo studio a materiali sfusi 3D. Alla rinfusa, l'instabilità che impedisce alle cricche di rompersi alla velocità del suono avviene a una velocità di cricca più bassa rispetto a 2D ma il meccanismo non è compreso, " Egli ha detto.

Per chiarire questo meccanismo, il team prevede di indagare sul fenomeno 3D della microramificazione, quando la fessura principale si divide in molte microfessure, per capire le sue origini in campioni sfusi di materiali fragili. "Riteniamo che la relazione non lineare tra forza e deformazione sia alla base delle instabilità di micro ramificazione, e pensiamo di poter risolvere questo problema, " ha detto Karma.