Logotipo do Site Inovação Tecnológica





Mecânica

Como um macio fio de cabelo cega lâminas do aço mais duro?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/08/2020

Como um fio de cabelo macio cega as lâminas de aço mais afiadas?
Um macio fio de cabelo (cilindro seccionado no alto) cria dentes na lâmina de aço mais afiada.
[Imagem: Gianluca Roscioli et al. - 10.1126/science.aba9490]

Por que a faca perde o fio

Todos conhecemos bem o fenômeno: a lâmina de barbear, feita com o aço mais duro disponível, deixa de cortar após alguns poucos usos; o fio mais afiado da faca mais refinada pode se tornar inutilizável - ao menos do ponto de vista do chefe - após cortar uns poucos tomates e batatas.

Apesar disso, não entendemos muito bem ainda como o aço perde seu fio ao cortar materiais muito mais moles do que ele próprio, como o cabelo humano, que é mais de 50 vezes mais mole do que o aço.

Embora geralmente se presuma que a degradação de uma aresta afiada se deva a mecanismos básicos de desgaste, como o arredondamento do fio ou trincas na borda do revestimento quebradiço e duro de uma lâmina de aço, essas explicações não cobrem a complexidade estrutural subjacente à interação entre o aço e o material que ele corta, nem a dinâmica de sua deformação durante o corte.

Para sanar esse dente no entendimento científico, Gianluca Roscioli e seus colegas do MIT construíram um simulador de cortes - um aparelho que simula as condições de um barbeador cortando pelos humanos ou uma faca cortando um material qualquer - e o colocaram dentro de um microscópio eletrônico de varredura para observar o processo em seus detalhes mais íntimos.

Eles também filmaram tudo com câmeras ultrarrápidas e ainda analisaram a composição molecular das lâminas, para tentar descobrir por que materiais macios - eles trabalharam com pelos humanos, batatas e queijo - podem cegar lâminas e facas, mesmo que as lâminas sejam muito mais duras e fortes do que os materiais cortados - a equipe usou lâminas de aço inoxidável martensítico.

Como um fio de cabelo macio cega as lâminas de aço mais afiadas?
Aparato experimental.
[Imagem: Gianluca Roscioli et al. - 10.1126/science.aba9490]

Por que a lâmina fica cega

A análise revelou que, durante o corte, as lâminas desenvolvem minúsculas saliências e rebaixos na aresta de corte. E essas rugosidades surgem devido ao processo de endurecimento do aço.

Essas rachaduras minúsculas tendem a ocorrer na fronteira entre áreas microscópicas do aço que apresentam propriedades ligeiramente diferentes - são os chamados grânulos do aço.

As imagens mostram que, quando a lâmina corta o pelo, essas rachaduras tendem a aumentar, com a amplitude da rachadura dependendo do ângulo entre a lâmina e o cabelo e se o cabelo encontra a lâmina justamente em um ponto em que existe uma dessas fronteiras entre grânulos.

Em outras palavras, não é que haja um desgaste da lâmina no fio: a lâmina literalmente se quebra, abrindo rachaduras entre seus grânulos, fazendo aparecer dentes e lascas.

Como um fio de cabelo macio cega as lâminas de aço mais afiadas?
A lâmina cria dentes, desfazendo o fio, dependendo do ângulo com que corta o material macio.
[Imagem: Gianluca Roscioli et al. - 10.1126/science.aba9490]

Aço nanoestruturado

"Nosso principal objetivo era entender um problema do qual mais ou menos todos estão cientes: Por que as lâminas se tornam inúteis quando interagem com materiais muito mais macios," disse o pesquisador Cem Tasan. "Nós descobrimos os principais ingredientes de falha, o que nos permitiu determinar um novo caminho de processamento para fabricar lâminas que possam durar mais tempo".

E a equipe também oferece algumas dicas sobre como preservar a afiação de uma lâmina. Por exemplo, ao fatiar legumes, corte o mais próximo possível de um ângulo de 90º.

Isto porque as imagens de microscopia eletrônica e os filmes em super câmera lenta mostraram que não surgiam trincas e dentes no aço quando o cabelo era cortado perpendicularmente à lâmina. Quando o cabelo estava livre para dobrar, no entanto, as lascas apareciam muito mais frequentemente - elas surgiam principalmente nos locais onde a borda da lâmina encontrava os lados dos fios de cabelo.

Os resultados sugerem que o design das lâminas de corte pode ser melhorado com a implementação de microestruturas mais homogêneas na aresta de corte, o que pode ser feito com ligas nanoestruturadas de aço, por exemplo, nas quais os grânulos são menores.

Bibliografia:

Artigo: How hair deforms steel
Autores: Gianluca Roscioli, Seyedeh Mohadeseh, Taheri-Mousavi, Cemal Cem Tasan
Revista: Science
Vol.: 369 Issue 6504 689-694
DOI: 10.1126/science.aba9490





Outras notícias sobre:
  • Aços
  • Metais e Ligas
  • Compósitos
  • Cerâmicas

Mais tópicos