Científicos logran descifrar los misteriosos patrones de propagación de las grietas

CIUDAD DE MÉXICO.- Las estructuras físicas que componen el mundo, desde puentes hasta nuestro propio cuerpo, no son completamente sólidas: contienen defectos diminutos en forma de grietas. Aunque estas fisuras suelen pasar desapercibidas, cuando una de ellas se extiende rápidamente, puede provocar fallos graves e incluso ser mortal. Lo curioso es que, además del peligro, las grietas también crean patrones visuales fascinantes que han desconcertado a la ciencia durante décadas.

Cuando las grietas no siguen las reglas

Investigadores del Instituto Weizmann de Ciencias en Israel han dado un paso importante para entender por qué las grietas no siempre se comportan como se espera. Durante mucho tiempo, los físicos se han preguntado por qué, aunque una grieta inicie su trayectoria de forma simétrica, con frecuencia se desvía, se ramifica y se vuelve más lenta de lo previsto. Dos estudios recientes revelan que detrás de este comportamiento está el “desorden” interno de los materiales.

Según el profesor Eran Bouchbinder, del Departamento de Física Química y Biológica de Weizmann, los modelos teóricos anteriores no preveían esta conducta. “Pensábamos que, aunque hubiera obstáculos, la grieta volvería a una trayectoria recta”, señala. Sin embargo, la experiencia de laboratorio y las simulaciones sugieren lo contrario: hay propiedades físicas pasadas por alto que son clave para comprender estas desviaciones.

Una mirada microscópica a la punta de la grieta

El doctor Yuri Lubomirsky, quien dirigió uno de los estudios como parte de su trabajo de doctorado, propuso observar la punta de la grieta, el punto exacto donde el material pasa de estar sano a fracturado. Allí, las condiciones se vuelven extremas, con fuerzas, temperaturas y velocidades tan elevadas que las reglas normales de la física dejan de aplicarse. En esta región, los investigadores creyeron encontrar las claves ocultas del fenómeno.

Para su estudio, publicaron simulaciones avanzadas en Nature Communications, donde incluyeron un elemento antes ignorado: el desorden interno del material. Este desorden no se refiere a suciedad o caos visible, sino a las pequeñas variaciones internas en la resistencia de un material. Al introducir este factor en el modelo, la grieta se comportó de forma muy similar a lo que ocurre en la realidad: comenzaba recta y luego, al toparse con una región más débil, se dividía y cambiaba de dirección.

“El gran avance llegó cuando cruzamos dos gráficos y vimos con claridad que era el desorden interno el que explicaba las desviaciones”, relata Bouchbinder. Este descubrimiento ayudó a resolver uno de los mayores enigmas en la física de fracturas: por qué las grietas se ramifican y pierden simetría incluso sin obstáculos evidentes.

Desorden: un escudo contra el colapso

Los resultados mostraron que cuando las fuerzas que rompen el material son bajas, las grietas se mantienen simétricas. Pero si esas fuerzas aumentan a un nivel moderado, las grietas se vuelven sensibles a las diferencias internas del material, lo que genera divisiones locales. Estas ramificaciones no siempre prosperan: algunas se detienen y otras se convierten en la nueva trayectoria principal de la grieta.

Al subir aún más la fuerza, las grietas dejan de verse frenadas por las irregularidades y se abren en ramas completamente separadas. En este estado, el desorden ya no tiene un papel determinante. Esto demuestra que el comportamiento de las grietas cambia drásticamente según el nivel de tensión al que se somete el material.

Un fenómeno adicional relacionado con la ruptura de la simetría es la aparición de “escalones”, formados por dos superficies de fractura que interactúan. En un segundo estudio publicado en Physical Review Letters, los científicos comprobaron que estos escalones también surgen por la combinación de desorden interno y fuerzas de tracción que causan movimientos de deslizamiento entre las partes del material.

Aplicaciones en ciencia, ingeniería y naturaleza

Los modelos matemáticos desarrollados por el equipo permitieron predecir estos patrones de forma precisa, un avance que podría tener aplicaciones prácticas en la ingeniería de materiales. Al comprender cómo y por qué se propagan las grietas, es posible diseñar estructuras más resistentes que se beneficien del propio desorden para evitar fallos catastróficos.

“Nuestros hallazgos muestran que un mayor desorden puede reducir la velocidad de propagación de las grietas”, explica Lubomirsky. Esto tiene implicaciones importantes para el diseño de materiales usados en aviación, construcción e incluso medicina. Materiales naturales como los huesos o los dientes han evolucionado con un alto grado de desorden interno, lo que podría explicar su capacidad para resistir fracturas.

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Así, más allá de lo estético o visual, las grietas revelan un complejo mundo de leyes físicas en acción. Gracias a estas investigaciones, la ciencia cuenta ahora con un marco más sólido para entender cómo fallan los materiales y cómo podríamos evitar que eso ocurra de forma trágica.