Sicuro, sono metafore miste, ma proprio come la modellazione è una stima ravvicinata dei processi del mondo reale, così anche le spiegazioni verbali di tale aritmetica sfumata. Trisha Sai, professore assistente di ingegneria meccanica, esplora la fisica multiscala pensando ai mattoncini LEGO nel suo salotto, le finestre dei grattacieli e cucinando un banchetto.

Prima di scolare i nostri noodles, poniamo le basi per lo studio dei materiali compositi. I compositi sono costituiti da più materiali che combinano diverse proprietà meccaniche e chimiche, e idealmente tali combinazioni di microstrutture sono vantaggiose per tutti per massimizzare le proprietà desiderate. Ma le combinazioni creano più complessità, soprattutto quando sono esposti ad ambienti estremi.

Per esempio, La ricerca di Sain esamina i compositi polimerici rinforzati con fibre per l'aeronautica statunitense. I materiali devono resistere all'umidità, calore, freddo e forse qualche raffica. "Questi materiali possono gestire tali estremi, " ha detto. "Il problema è che, come tutti i materiali, invecchiano. Studiamo quel degrado».

Il che ci riporta agli spaghetti. Sain ha detto che comprendendo il comportamento dei compositi e come reagiscono al vento, piovere, il freddo e altri fattori ambientali è come districare una ciotola di spaghetti. polimeri, che sono lunghe catene di carbonio, avvolgere e attorcigliare proprio come la pasta cotta. Sebbene le proprietà chimiche e meccaniche specifiche dei compositi siano ben note, Sain vuole sapere cosa succede quando i noodles incontrano la salsa:come interagiscono i polimeri con fattori ambientali come l'aria o il calore o la loro assenza.

E, proprio come non ordiniamo un piatto di "tagliatelle-pomodori-basilico-e-origano" in un ristorante, i compositi nel mondo reale non vengono utilizzati o valutati dai loro ingredienti microstrutturali. Per capire gli spaghetti compositi, Sain studia il piatto nel suo insieme, testando ogni materiale su più scale e prototipando interi pezzi di equipaggiamento. Per modellare come questi materiali si degradano nel tempo, deve mettere insieme un'intera festa di calcoli:dagli spaghetti delle catene di un polimero, al piatto di un pannello, al buffet di un'intera macchina.

"Così, il nostro obiettivo è catturare la fisica giusta ad ogni scala e trasferire le informazioni da una scala di lunghezze all'altra in modo coerente, " disse Sain. Per farlo è necessaria una sorta di omogeneizzazione matematica chiamata calcoli "al volo", lei spiegò. "Possiamo catturare queste caratteristiche con una struttura di modellazione che attraversi senza problemi da una scala all'altra? Perché non è solo una scala di lunghezza diversa; è fisica diversa, e ciascuno di questi processi fisici potrebbe verificarsi su una scala temporale diversa".

Un altro modo in cui Sain spiega come i suoi modelli si estendono su più scale è pensare ai mattoncini LEGO. I blocchi si incastrano in modi specifici, e alcuni si adattano meglio di altri a seconda del design.

"Ma se provi a costruire un intero campus con i LEGO, avrai problemi, " disse Sain. Su scale più grandi, la fisica e il comportamento dei materiali cambiano. In termini di architettura del modello, l'omogeneizzazione al volo consente ai calcoli del modello di passare dal conteggio dei davanzali, a guardare la finestra, per poi contabilizzare l'intero muro con tutte le sue finestre. A confronto, i modelli discreti più semplici devono utilizzare confini rigidi tra i calcoli davanzale/finestra/parete.

"Fondamentalmente, il nostro obiettivo non era quello di tagliare rapidamente le scaglie e invece di percorrerle continuamente, "Sain ha detto. "Stiamo adottando un approccio statistico ai sistemi meccanici all'interno della scala della lunghezza del polimero, la scala della lunghezza della finestra, ma stiamo ancora cercando di tenere a mente che le descrizioni statistiche e meccaniche di qualunque cosa calcoliamo devono essere applicabili alla lunghezza maggiore. la bilancia a muro."

Tali aggraziate scivolate tra le scale, indipendentemente dal fatto che il materiale sia noodle-y, plastica, in vetro o fibrorinforzato, consentono a Sain di prevedere e valutare il degrado dei compositi con più facilità e meno denaro rispetto agli esperimenti tradizionali.