Se a sua loção para as mãos estiver um pouco mais líquida do que o normal ao sair do frasco, pode ter algo a ver com a "memória mecânica" da gosma.

Géis e loções moles são feitos pela mistura de ingredientes até formarem uma substância estável e uniforme. Mas mesmo depois de um gel endurecer, ele pode reter "memórias", ou tensões residuais, do processo de mistura. Com o tempo, o material pode ceder a essas tensões incorporadas e retornar ao seu estado anterior, pré-misturado. A memória mecânica é, em parte, a razão pela qual a loção para as mãos se separa e fica líquida com o tempo. 

Agora, um engenheiro do MIT desenvolveu uma maneira simples de medir o grau de tensão residual em materiais macios depois de terem sido misturados e descobriu que produtos comuns como gel para cabelo e creme de barbear têm memórias mecânicas mais longas, mantendo tensões residuais por períodos de tempo mais longos do que os fabricantes poderiam ter imaginado.

Em um estudo publicado hoje na Physical Review Letters , Crystal Owens, pós-doutoranda no Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial (CSAIL) do MIT, apresenta um novo protocolo para medir o estresse residual em materiais macios e gelatinosos, usando um reômetro de bancada padrão.

Aplicando esse protocolo a materiais macios do dia a dia, Owens descobriu que, se um gel for feito misturando-o em uma direção, uma vez que se estabiliza em um estado estável e uniforme, ele efetivamente retém a memória da direção em que foi misturado. Mesmo depois de vários dias, o gel ainda retém alguma tensão interna que, se liberada, fará com que o gel se mova na direção oposta à da mistura inicial, retornando ao seu estado anterior.

“Esta é uma das razões pelas quais diferentes lotes de cosméticos ou alimentos se comportam de forma diferente, mesmo que tenham passado por processos de fabricação 'idênticos'”, diz Owens. “Compreender e mensurar esses estresses ocultos durante o processamento pode ajudar os fabricantes a projetar produtos melhores, com maior durabilidade e desempenho mais previsível.”

Loção para as mãos, gel para cabelo e creme de barbear se enquadram na categoria de “materiais vítreos macios” — materiais que exibem propriedades tanto de sólidos quanto de líquidos.

Em outras palavras, um material vítreo macio é um amálgama estranho de um sólido e um líquido. Pode ser derramado como um líquido e manter sua forma como um sólido. Uma vez formados, esses materiais existem em um delicado equilíbrio entre sólido e líquido. E Owens se perguntou: por quanto tempo?

"O que acontece com esses materiais depois de muito tempo? Eles finalmente relaxam ou nunca relaxam?", pergunta Owens. "Do ponto de vista da física, esse é um conceito muito interessante: qual é o estado essencial desses materiais?"

Na fabricação de materiais vítreos macios, como gel para cabelo e xampu, os ingredientes são primeiro misturados até formar um produto uniforme. Os engenheiros de controle de qualidade então deixam a amostra descansar por cerca de um minuto — tempo que eles presumem ser suficiente para dissipar quaisquer tensões residuais do processo de mistura. Nesse tempo, o material deve se estabilizar e atingir um estado estável e estável, pronto para uso.

Mas Owens suspeitava que os materiais poderiam sofrer algum grau de estresse devido ao processo de produção muito tempo depois de parecerem ter se acomodado.

“Tensão residual é um baixo nível de tensão que fica retido dentro de um material depois que ele atinge um estado estável”, diz Owens. “Esse tipo de tensão não foi medido nesses tipos de materiais.”

Para testar sua hipótese, ela realizou experimentos com dois materiais vítreos macios comuns: gel para cabelo e creme de barbear. Ela mediu cada material em um reômetro — um instrumento composto por duas placas giratórias que podem torcer e pressionar um material contra o outro a pressões e forças precisamente controladas, diretamente relacionadas às tensões e deformações internas do material.

Em seus experimentos, ela colocou cada material no reômetro e girou a placa superior do instrumento para misturar o material. Em seguida, deixou o material assentar e, em seguida, assentou por mais um tempo — por muito mais de um minuto. Durante esse tempo, observou a quantidade de força necessária para o reômetro manter o material no lugar. Ela concluiu que quanto maior a força do reômetro, maior a resistência a qualquer tensão no material que, de outra forma, o faria sair de seu estado atual.

Em vários experimentos usando esse novo protocolo, Owens descobriu que diferentes tipos de materiais vítreos macios mantinham uma quantidade significativa de tensão residual, mesmo muito tempo depois que a maioria dos pesquisadores presumiria que a tensão havia se dissipado. Além disso, ela descobriu que o grau de tensão que um material retinha era um reflexo da direção em que foi misturado inicialmente e do momento em que foi misturado.

“O material consegue efetivamente 'lembrar' em que direção foi misturado e há quanto tempo”, diz Owens. “E acontece que eles guardam essa memória do passado por muito mais tempo do que pensávamos.”

Além do protocolo que desenvolveu para medir a tensão residual, Owens desenvolveu um modelo para estimar como um material mudará ao longo do tempo, dado o grau de tensão residual que ele contém. Usando esse modelo, ela afirma que os cientistas podem projetar materiais com "memória de curto prazo", ou seja, com muito pouca tensão residual, de modo que permaneçam estáveis por períodos mais longos.

Um material em que ela vê espaço para tal melhoria é o asfalto — uma substância que é primeiro misturada e depois despejada na forma fundida sobre uma superfície, onde esfria e se deposita com o tempo. Ela suspeita que tensões residuais da mistura do asfalto podem contribuir para a formação de rachaduras no pavimento ao longo do tempo. Reduzir essas tensões no início do processo pode resultar em estradas mais duráveis e resilientes.

“As pessoas estão inventando novos tipos de asfalto o tempo todo para serem mais ecológicos, e todos eles terão diferentes níveis de estresse residual que precisarão de algum controle”, diz ela. “Há muito espaço para explorar.”

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela Bolsa de Pós-Doutorado em Excelência em Engenharia do MIT e pela Bolsa MIT Mathworks.