Svelato il mistero centenario della durata degli pneumatici

Per quasi un secolo, la gomma rinforzata è stata un materiale essenziale nella vita moderna, consentendo agli pneumatici di automobili e aerei di resistere a pressioni immense e garantendo il funzionamento dei sistemi di macchinari industriali.

Tuttavia, gli scienziati non hanno mai compreso appieno perché l'aggiunta di particelle ultrafini di nerofumo renda la gomma così incredibilmente resistente.

Ora, questo mistero è stato ufficialmente risolto, aprendo la strada alla produzione di pneumatici e materiali industriali più sicuri ed efficienti dal punto di vista del consumo di carburante.

Un team di ricerca guidato dal professor David Simmons, ingegnere presso l'Università della Florida del Sud (USA), ha scoperto il meccanismo nascosto all'interno di questo materiale. I risultati della ricerca sono stati recentemente pubblicati sulla rivista scientifica Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Com'è possibile che lo usiamo da 80, 90, 100 anni e non abbiamo ancora capito come funziona?" ha detto il professor Simmons. "È il risultato di un lungo processo di tentativi ed errori. Le aziende produttrici di pneumatici possono acquistare diversi tipi di nerofumo – in pratica fuliggine di alta qualità – e devono semplicemente procedere per tentativi ed errori per capire per cosa vale la pena pagare di più e per cosa no."

Poiché le particelle di fuliggine e le loro interazioni avvengono su scala nanometrica, l'osservazione diretta è estremamente difficile.

Per risolvere il problema, il team di ricerca ha eseguito 1.500 simulazioni di dinamica molecolare, modellando il comportamento di centinaia di migliaia di atomi all'interno della gomma rinforzata.

La chiave di questa innovazione risiede in una proprietà fisica chiamata coefficiente di Poisson, che descrive come i materiali cambiano forma quando vengono allungati. Quando un normale elastico viene allungato, si assottiglia ma mantiene sostanzialmente lo stesso volume complessivo. Tuttavia, l'aggiunta di nerofumo altera significativamente questo comportamento.

Le particelle di fuliggine agiscono come supporti strutturali microscopici all'interno della gomma, impedendole di assottigliarsi come accadrebbe normalmente quando viene allungata. Di conseguenza, la gomma è costretta ad espandersi in volume, una condizione alla quale il materiale stesso si oppone fortemente.

Secondo i ricercatori, la gomma in realtà "combatte contro se stessa", creando così un significativo aumento di durezza e durata.

Questa scoperta non confuta le precedenti teorie scientifiche, ma le combina tutte in una spiegazione completa. Il team di ricerca ha scoperto che la rete di particelle, le interazioni coesive e gli effetti di riempimento dello spazio contribuiscono tutti alla capacità del materiale di resistere alle variazioni di volume.

Questa nuova comprensione ha enormi implicazioni per l'industria della produzione di pneumatici. Gli ingegneri si confrontano spesso con il "triangolo magico" nella progettazione degli pneumatici: l'equilibrio tra efficienza del carburante, aderenza e durata.

Il miglioramento di uno o due fattori spesso porta a una diminuzione di un terzo. Simmons ha affermato: "Con questi risultati, stiamo gettando nuove basi per una progettazione razionale degli pneumatici".

Oltre che negli pneumatici, la gomma rinforzata è ampiamente utilizzata nelle centrali elettriche, nei sistemi aerospaziali e in altre infrastrutture critiche dove i cedimenti dei materiali possono avere conseguenze catastrofiche.

"Se ricordate, il motivo del fallimento del Challenger fu che una guarnizione di gomma si raffreddò troppo", concluse Simmons.

"Molti sistemi e centrali elettriche contengono componenti in gomma. A tutti è capitato che un tubo da giardino iniziasse a perdere acqua a causa della rottura di una guarnizione in gomma. Ora immaginate che una cosa del genere accada in una centrale elettrica o in un impianto chimico."

(VNA/Vietnam+)

Fonte: https://www.vietnamplus.vn/giai-ma-bi-an-100-nam-ve-do-ben-cua-lop-xe-post1110352.vnp