O teste de dureza de uma bigorna guarda propriedades físicas curiosas

Há um teste prático para verificar a dureza de uma bigorna ou um bloco de aço que consiste em usar uma esfera de aço duro de 25 milímetros que deve ser lançada de uma altura de não mais que 30 centímetros. Em uma bigorna realmente dura, a bola deverá quicar, no primeiro salto, cerca de 75-90% da distância percorrida. Os resultados variarão dependendo da dureza da esfera usada, da textura e planicidade da superfície de amostra e da massa. O resultado verificado não é propriamente científico se levarmos em conta os metais amorfos. O rebote é uma boa indicação de dureza, mas nem sempre é uma indicação perfeita.

Os metais amorfos tem um coeficiente de restituição (que faz a esfera saltar) maior do que o aço duro, mas eles são um material sem organização em escala atômica, portanto, são dúcteis a baixa temperatura, o que significa que são excelentes para uso em aplicações a temperaturas extremamente baixas.

Até aqui, o teste, mas é a partir do primeiro rebote que as coisas começam a ficar realmente interessantes. Para começar a esfera de aço saltará mais alto que uma bolinha de borracha e quicará mais vezes. O módulo de elasticidade da esfera é a razão pela qual ela salta mais alto que a borracha. Com isso, a esfera absorve menos energia ao atingir a amostra, pois não se deforma tanto quanto a borracha.

Como especifica a "física da bola quicando", sim isso existe, após o segundo salto a esfera deve estabilizar e ficará quicando praticamente no mesmo local com dependência da planicidade da superfície de amostra. Se o seu coeficiente de restituição for, por exemplo, de 90%, o segundo salto será de 90% de 90% e assim sucessivamente podendo se estender por segundos.

Aqui entra mais uma propriedade física intrigante: o decaimento exponencial do movimento e o aumento correspondente da frequência dos saltos. A frequência aumenta logicamente porque os saltos são menores em função da decadência dos saltos.

O decaimento exponencial é um processo no qual a amplitude de uma onda ou oscilação diminui ao longo do tempo de maneira exponencial, isso significa que a amplitude diminui por um fator constante para cada unidade de tempo que ocorre.

O decaimento exponencial é uma ferramenta poderosa para modelar uma variedade de fenômenos naturais. Pode pode ser usada para prever como um sistema mudará ao longo do tempo e para projetar sistemas que exibam comportamentos desejados.

No seguinte vídeo o youtuber Steve Mould mostra como os rolamentos de esferas de metal amorfo podem saltar por um longo tempo devido à sua resistência à deformação plástica, e o tamanho e o material ideais para o rolamento de esferas podem ser determinados através de experimentação. Para tanto ele usou um trampolim atômico para demonstrar que essas esferas têm um coeficiente de restituição 99%. É como assistir a uma falha na matrix!

O trampolim atômico é um "brinquedo" caro porque em sua base ele usa vidro metálico. Para fazer o metal vítreo normalmente é necessário resfriar o líquido muito, muito rápido, rápido o suficiente para que não haja tempo suficiente para os átomos fazerem a transição da estrutura líquida amorfa para a estrutura cristalina ordenada, de modo que a estrutura amorfa seja preservada no sólido.

Um problema com o metal vítreo é que ele tende a ser quebradiço. É um material amorfo, o que significa que não é uma matriz atômica organizada. É muito semelhante ao vidro na forma como está disposto. Se não fosse por isso haveria um monte de aplicações potenciais para ele. Um bisturi feito com ele não necessitaria nunca ser afiado. Uma lâmina de barbear duraria anos e anos para ficar cega. Mas supostamente é muito difícil de fabricar e utiliza elementos caros.