Segure um fio de espaguete seco pelas pontas e aproxime as mãos até ele quebrar. O resultado frequente é uma pequena surpresa: três ou mais pedaços. A pergunta intrigou até o físico Richard Feynman, que tentou entender por que era tão difícil obter apenas duas partes. Em 2018, pesquisadores do MIT apresentaram uma maneira de favorecer esse resultado combinando torção e flexão. Relato do MIT.
O que acontece depois do primeiro estalo
Uma explicação para a fragmentação foi publicada em 2005 pelos físicos Basile Audoly e Sébastien Neukirch. Eles investigaram o comportamento de hastes finas e quebradiças submetidas à flexão, a deformação que curva o material. A questão central era o movimento iniciado quando uma extremidade da haste, antes mantida curvada, ficava subitamente livre.
Nesse instante, a curvatura diminui na extremidade liberada, mas a mudança percorre o material na forma de ondas de flexão. Durante a passagem dessas ondas, outras regiões podem ficar temporariamente mais curvadas. Se a deformação local ultrapassar o limite de resistência, surge outra ruptura. Uma quebra pode, portanto, iniciar as condições para a seguinte.
Esse detalhe ajuda a interpretar o que vemos na cozinha. Contar os pedaços depois do estalo não revela a ordem em que as rupturas aconteceram. A explicação proposta pelos pesquisadores envolve uma sequência dinâmica: o primeiro rompimento altera as forças e os movimentos no restante da haste. O estudo combinou uma descrição matemática dessas ondas com um experimento que sustentava o mecanismo. Estudo de Audoly e Neukirch.
O teste que acrescentou a torção
O trabalho divulgado pelo MIT em agosto de 2018 usou um aparelho construído para prender as pontas do espaguete, girar uma delas e aproximá-las de forma controlada. Centenas de fios foram testados, e câmeras rápidas permitiram acompanhar a fragmentação. Com torção suficiente antes de uma flexão lenta, os pesquisadores conseguiram produzir dois fragmentos.
O controle das pontas fazia diferença. Girar o fio ao longo do próprio eixo e curvá-lo são deformações distintas, que o dispositivo podia combinar. Isso permitiu comparar situações e relacionar a quantidade de torção ao número de pedaços, em vez de depender apenas de tentativas feitas com as mãos. Descrição dos experimentos pelo MIT.
Por que girar muda o resultado
No modelo desenvolvido para interpretar os testes, a torção contribui para a tensão que provoca a primeira quebra. Assim, a haste pode romper quando ainda está menos curvada. Depois, a liberação da torção ocorre mais rapidamente que a propagação das ondas de flexão relevantes para as quebras seguintes. Essa combinação pode impedir que novas regiões atinjam a condição de ruptura.
Os dados e as simulações mostraram concordância sobre as condições que favorecem dois fragmentos. Há limites para transformar isso numa receita universal: o comportamento depende das características da haste, da torção aplicada e da maneira de dobrá-la. Diferenças entre amostras também produzem variação nos resultados. Por isso, o achado descreve um procedimento controlado, com condições testadas.
O interesse vai além da massa seca. Hastes e fibras aparecem em materiais naturais e fabricados, e entender como uma primeira fratura desencadeia outras ajuda a estudar sua resistência. Estender o resultado a materiais e geometrias diferentes exige novos testes. O espaguete oferece um objeto simples para observar um problema físico que continua relevante em outras escalas. Artigo sobre controle de fraturas.