Studiando il comportamento di un mazzo di carte, e pile di altri materiali, come acciaio e alluminio, gli scienziati della Drexel University stanno dimostrando l'esistenza di un fenomeno di deformazione che si verifica all'interno dei materiali stratificati quando vengono messi sotto pressione. La scoperta potrebbe plasmare il modo in cui i ricercatori, dagli ingegneri strutturali e meccanici ai geologi e ai sismologi, studiano il modo in cui le cose si deformano sotto pressione.

Questo fenomeno, descritto come un comportamento di "attorcigliamento elastico non lineare" dai ricercatori del Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali di Drexel che lo hanno segnalato per la prima volta nel 2016, è meglio descritto come la separazione e l'instabilità degli strati interni di un materiale quando vengono compressi dai lati. Esempi comuni sono il modo in cui le carte in un mazzo di carte da gioco si piegano quando le si schiaccia dai bordi senza consentire alle carte di separarsi, o come a volte si forma un'increspatura in un tappeto se viene spinta dal bordo.

In ambienti pressurizzati come questo, sia al tavolo da gioco che in mezzo alle placche tettoniche, qualcosa deve dare. La loro teoria spiega esattamente come si presenta quel "dono" e come avviene. Nel loro recente articolo "Ripplocations:A Universal Deformation Mechanism in Solids, "pubblicato sulla rivista Materiali per la revisione fisica , i ricercatori forniscono il primo sguardo a queste onde interne, soprannominato "ripplocations, " che può essere osservato ad occhio nudo.

"Quello che abbiamo fatto qui è stato mostrare che le ripplocazioni esistono a livello macro e poi le abbiamo modellate a livello atomico, e ha dimostrato che la risposta è stata sostanzialmente la stessa ", ha affermato Michel Barsoum Ph.D., Illustre professore al Drexel's College of Engineering e autore principale dell'articolo. "Questa è la prima volta che le ripplocation sono state viste in azione e ci hanno aiutato a capire perché sono reversibili"

Il precedente lavoro di Barsoum suggeriva l'esistenza di ripplocation utilizzando simulazioni atomistiche di materiali sfusi. Questo rapporto dimostra chiaramente la formazione di bande increspate - strati interni che si piegano in formazioni ondulate - mentre si formano in una pila di carte, lamiere sottili di acciaio e alluminio quando vengono compresse lateralmente mentre sono confinate.

"L'esperimento che abbiamo effettuato è abbastanza semplice in realtà. In un caso, abbiamo confinato un mazzo di carte dai lati e l'abbiamo spinto dall'alto. Ad un dato carico, si verifica il cedimento, ma poiché il ponte è confinato, si comportano come onde completamente reversibili, " ha detto Leslie Lamberson, dottorato di ricerca, un professore associato presso il College of Engineering e coautore del documento.

"Utilizzando simulazioni atomiche mostriamo che nella grafite, come nel mazzo di carte, ripplocazioni nucleano qualche tempo prima che il materiale raggiunga il suo punto di rottura e fino a quando non raggiunge quel punto, il comportamento è completamente reversibile:se la pressione viene rimossa, le increspature si dissipano e gli strati tornano alla loro forma originale, "ha detto Garritt Tucker, dottorato di ricerca, un assistente professore presso la Colorado School of Mines e coautore del documento.

Hanno anche osservato che le bande increspate si formano tutte in una volta, con le onde che emergono in massa quando viene applicato il carico. L'altezza delle increspature, o ampiezza, aumenta con il carico.

"Questo documento mostra che le ripplocation sono indipendenti dalla scala, Barsoum ha detto. "Questa prima indagine ha mostrato che le ripplocazioni esistono e sono più o meno completamente reversibili e che dissipano energia in un modo che abbiamo osservato nei solidi stratificati su scala atomica da più di un decennio. Ma dimostrando lo stesso comportamento nei materiali stratificati che possiamo vedere direttamente, è un passo importante verso la dimostrazione che il comportamento si verifica in materiali di tutte le dimensioni."

Barsoum suggerisce che questa ricerca potrebbe un giorno informare i geologi che studiano la deformazione delle formazioni geologiche stratificate, oltre ad aiutarci a comprendere meglio il comportamento tettonico delle placche che causa i terremoti.

"La ricerca sulla deformazione dei sistemi a strati in generale è stata sul loro fallimento. In questo lavoro, mostriamo che c'è un importante, regime elastico non lineare che precede la rottura che ha, per quanto ne sappiamo, stato quasi del tutto trascurato. Il caso che abbiamo fatto, però, che comprendere questo regime è cruciale e fondamentale per comprendere tutti gli altri, " loro scrivono.