Leis de Newton são um conjunto de princípios da física que descrevem a dinâmica do movimento. A primeira delas, denominada lei da inércia, trata da resistência à mudança do estado de movimento; a segunda, conhecida como princípio fundamental da dinâmica, refere-se ao sentido de força resultante e a sua relação com a aceleração; por fim, temos a lei da ação e reação, que caracteriza os pares de forças que surgem da interação entre corpos.
Há mais de uma década, os pesquisadores Guoliang Huang, o Huber e Helen Croft Chair, da Universidade de Missouri, nos EUA, têm investigado as características não convencionais de “metamateriais” – substâncias artificiais dotadas de propriedades não habitualmente encontradas na natureza, conforme definido pelas leis de Newton – na intenção projetar um metamaterial ideal.
Protótipo do metamaterial que usa sinais elétricos transportados por esses fios pretos para controlar a direção e a intensidade das ondas de energia que passam através de um material sólido. Crédito: Universidade de Missouri
O objetivo dos cientistas é ajudar a controlar as ondas de energia “elásticas” que viajam através de estruturas maiores e pequenas “metaestruturas”.
“Por muitos anos venho trabalhando no desafio de como usar a mecânica matemática para resolver problemas de engenharia”, disse Huang, em um comunicado. “Os métodos convencionais têm muitas limitações, incluindo tamanho e peso. Então, tenho explorado como podemos encontrar uma solução alternativa usando um material leve que é pequeno, mas ainda pode controlar a vibração de baixa frequência vinda de uma estrutura maior, como uma aeronave”.
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Protótipo testa princípio fundamental da dinâmica de Newton
Agora, Huang e sua equipe estão um passo mais perto de atingir o objetivo. Em um novo estudo publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, eles desenvolveram um protótipo de metamaterial que usa sinais elétricos para controlar a direção e a intensidade das ondas de energia que passam por um material sólido.
Aplicações potenciais desse projeto inovador incluem usos militares e comerciais, como controlar ondas de radar direcionando-as para escanear uma área específica em busca de objetos ou gerenciar a vibração criada pela turbulência do ar de uma aeronave em voo.
“Este metamaterial tem densidade de massa estranha”, disse Huang. “Assim, a força e a aceleração não estão indo na mesma direção, fornecendo-nos uma maneira não convencional de personalizar o design da dinâmica estrutural de um objeto, ou propriedades para desafiar a segunda lei de Newton”.
Segundo ele, esta é a primeira realização física de densidade de massa ímpar. “Por exemplo, esse metamaterial pode ser benéfico para monitorar a saúde de estruturas civis, como pontes e tubulações, como transdutores ativos, ajudando a identificar qualquer dano potencial que possa ser difícil de ver com o olho humano”.
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