Probablemente te hayas parado sobre el lavabo del baño o en la ducha y te hayas preguntado: ¿Cómo es posible que tu cabello pueda desafilar una hoja de afeitar de acero? El cabello es notoriamente fuerte por su grosor, pero vamos. ¡Es una hoja de afeitar de acero inoxidable! Eso tiene que ser más fuerte que un pequeño mechón de cabello, ¿verdad?
Los científicos se han preguntado lo mismo y ahora tenemos una respuesta, y esa respuesta es la heterogeneidad.
El ganador por un pelo
El cabello es más suave que el acero . Es posible que lo haya notado usted mismo. Es aproximadamente 50 veces más suave que el acero inoxidable que se usa en las hojas de afeitar. Y, sin embargo, las hojas de afeitar que usamos para afeitarse se desafilan con bastante rapidez. Un equipo de científicos del departamento de ciencia e ingeniería de materiales del MIT quería averiguar por qué, y sus resultados se publicaron el 6 de agosto de 2020 en la revista Science .
El investigador Gianluca Roscioli se afeitó el vello facial con navajas desechables y las llevó al laboratorio para examinarlas con un microscopio electrónico de barrido . Descubrió que los bordes del metal no se estaban redondeando ni desgastados como era de esperar. Más bien, estaban astillando y agrietando.
Así que creó un aparato de afeitado mecanizado en el laboratorio para realizar pruebas más controladas utilizando cabello de él y de sus compañeros de laboratorio. Toda la máquina encaja dentro del microscopio electrónico. Práctico.
Quita la vieja hoja de afeitar
Lo que encontraron Roscioli y sus coautores en el estudio fue que las astillas en el borde de la hoja eran más probables cuando el cabello podía doblarse antes de ser cortado por la hoja. Así que el equipo fue aún más lejos para crear simulaciones por computadora con más variaciones: diferente cabello, diferentes ángulos de corte, dirección de la fuerza que se aplica y los materiales utilizados en la hoja.
Descubrieron que los chips aparecían en tres condiciones:
- Cuando la hoja se acercó al cabello en ángulo
- Cuando la hoja era de composición heterogénea
- Cuando el cabello se encontró con la cuchilla en un punto débil
"Nuestras simulaciones explican cómo la heterogeneidad en un material puede aumentar la tensión en ese material, de modo que puede crecer una grieta, aunque la tensión sea impuesta por un material blando como el cabello", dice C. Cem Tasan, asociado de Thomas B. King profesor de Metalurgia en el MIT e investigador del estudio.
"Heterogéneo" significa que el material de la hoja no es perfectamente uniforme. Hay imperfecciones microscópicas que permiten que se produzcan astillas cuando entra en contacto con un cabello. Y donde hay un chip, habrá más chips, lo que resultará en una cuchilla desafilada.
Los investigadores ahora están trabajando en un material más homogéneo o uniforme para hojas más afiladas y duraderas.
Ahora eso es tenso
Cuando hablamos de la fuerza del cabello humano, generalmente hablamos de su resistencia a la tracción . Eso es lo lejos que puede estirarlo antes de que se rompa, y se mide en megapascales (MPa). El cabello humano está en la vecindad de 200 MPa, mientras que el acero estructural es de aproximadamente 400 MPa. Sin embargo, las telarañas son mucho más fuertes a 1200 MPa. Y los nanotubos de carbono se encuentran entre los materiales más fuertes conocidos, con aproximadamente 62.000 MPa.
