Leves, macias, resistentes, deformáveis e por vezes feias, as malhas não são apenas um objecto do quotidiano; é também um metamaterial cujas propriedades extraordinárias são de grande interesse para os físicos.
Embora a investigação em física esteja frequentemente associada a infraestruturas técnicas gigantescas como o LHC, por vezes também se interessa por objetos do quotidiano. Há muito tempo que tenho um grande interesse em materiais de uso diário com propriedades extraordinárias”, explica Audrey Steinberger, pesquisadora do CNRS no Laboratório de Física da ENS Lyon 1 . Minha motivação original para estudar física remonta ao ensino médio, quando aprendi que um sólido é normalmente mais denso que sua fase líquida, enquanto o gelo flutua na água.. “
Do têxtil ao metamaterial
Um interesse que a levou à sua tese e além. Na verdade, foi durante o pós-doutorado que Audrey Steinberger se interessou pelas propriedades surpreendentes de um material a priori bastante exótico: o tricô. Um dos meus colegas era fanático por tricô e me ensinou a tricotar”, lembra o cientista. O tricô é leve, forte e extremamente deformável, sendo incomum combinar essas propriedades. Então comecei a me fazer muitas perguntas do ponto de vista da física dos materiais. ”
Quando me comparo com pesquisadores em mecânica têxtil, acho que temos abordagens muito diferentes”, explica Audrey Steinberger. Enquanto eles se interessam pelos detalhes do material, procuro modelos minimalistas onde não vejo mais a malha como um têxtil, mas como um metamaterial de fricção. Estudo malhas, mas através dela estudo metamateriais e montagens desordenadas de fibras. ”
A deformabilidade das malhas vem de sua estrutura, onde o fio forma laços entrelaçados, também conhecidos como pontos. Quando um suéter ou meia é deformado, são as laçadas que se deformam, e não o fio em si. Esse detalhe é essencial”, diz Audrey Steinberger. Na verdade, um material artificial cujas propriedades são ditadas pela sua estrutura é denominado metamaterial. Normalmente são objetos de alta tecnologia feitos em laboratório, mas o tricô faz parte do dia a dia. “
O segredo da camisa
Em um artigo publicado recentemente 2 com Jérôme Crassous, professor da Universidade de Rennes e membro do Instituto de Física de Rennes 3 e Samuel Poincloux, professor assistente da Universidade de Aoyama Gakuin (Japão), Audrey Steinberger apresentou um estudo realizado sobre malhas Jersey, método de fabricação mais comum e mais fácil de produzir com máquinas industriais. Este trabalho é baseado na modelagem numérica de sistemas de fibras de fricção realizada por Jérôme Crassous, e em um sistema experimental desenvolvido por Audrey Steinberger para verificar e confirmar os resultados simulados.
Primeira observação: as malhas (ou meias) têm múltiplas formas de equilíbrio. As malhas são capazes de se adaptar ao formato do corpo, podendo então ser dobradas e guardadas na horizontal, passando facilmente de um formato para outro. No entanto, se uma meia for puxada com muita força, ela reterá parte dessa deformação. Existem, portanto, vários estados de equilíbrio possíveis, que as malhas podem manter sem a influência de forças externas, ao contrário de uma luva de látex, que regressará sempre à sua conformação inicial. Na verdade, a forma geral do tecido de malha depende da história das suas deformações.
Audrey Steinberger e seus colegas demonstraram que essa memória vem do atrito sólido nos pontos de contato entre os fios. Se você colocar um bloco de notas em uma cópia CNRS o Jornal e incliná-lo, o bloco de notas será inicialmente mantido no lugar pela sua fricção sólida, até que o ângulo seja demasiado grande e o bloco comece a deslizar,” explica Audrey Steinberger. Essa noção é encontrada em avalanches e meios granulares. Mostrámos que um conceito semelhante pode ser encontrado em tecidos de malha, que mantêm a sua forma na ausência de forças externas. Mas, diferentemente dos objetos elásticos clássicos, existem diversas configurações de equilíbrio para tecidos de malha.. “
Meias e ponto de equilíbrio
Rede de laçadas entrelaçadas, a geometria do tecido tricotado é definida pela relação entre o diâmetro do fio e o comprimento do fio ocupado em cada ponto. Todos os tecidos de malha com a mesma proporção se comportarão da mesma forma do ponto de vista físico. A forma do tecido tricotado é assim determinada pelas dimensões do rectângulo onde cabe um ponto, medidas em relação ao comprimento do fio por ponto: cada formato rectangular corresponde a um determinado ponto de equilíbrio do tecido tricotado em repouso. Além do mais, à medida que o atrito aumenta, também aumenta o número de pontos de equilíbrio possíveis.
Samuel Poincloux queria saber se existia um estado de equilíbrio bem definido e descobrimos que existiam vários” explica Audrey Steinberger. Mas um deles é notável: o ponto terminal pode ser usado como referência para todos os tipos de experimentos mecânicos em tricô. Permite-nos realizar trabalhos reproduzíveis e comparar resultados com mais facilidade. Isso é o que faltou na pesquisa de tricô até agora. ”
O trabalho também permitiu aos pesquisadores explicar o que torna as meias de malha confortáveis, justas no tornozelo e menos em outros lugares. Esta configuração é possível pela existência de vários pontos de equilíbrio diferentes, enquanto o todo é mantido unido por fricção. Estes resultados são ainda demasiado fundamentais para serem explorados pela indústria têxtil, mas abrem um novo campo de investigação que poderá levar ao desenvolvimento de novos materiais absorventes de choques e vibrações.
