A Mecânica da fratura de um celular

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Recebi um comentário no Blog (sério, tem gente que comenta aqui!) a respeito de um Nokia Lumia 920 que caiu e quebrou duas vezes.  O cara disse que trocou o vidro e quebrou de novo.  Bem, ou esse cara é um descuidado ou tem muito azar mesmo.  Mas o comentário dele me deu a ideia desse post:

Por mais resistentes que sejam não há aparelho indestrutível.  Seu celular pode ser reforçado de todas as formas, mas pensando no exagero, se um ônibus passar por cima dele, ele não sobreviverá sem danos após esse incidente.  Mas como ninguém coloca seus celulares para serem atropelados por ônibus, vamos pensar no acidente mais comum a que um telefone está sujeito:  A queda.

Independente de qual seja o aparelho, a queda pode afetá-lo das mais diversas formas.  Um aparelho pode sair intacto da queda, se espatifar, ou sobreviver a queda e se espatifar logo depois em uma muito semelhante.  Vamos entender como funciona isso

Muitos fatores influenciam na hora da queda do seu celular.  A forma como ele vai cair, a superfície onde ele vai cair, o centro de massa do celular, além das óbvias altura e velocidade inicial da queda.  Sendo rígidos podemos até considerar a aerodinâmica do celular como fator a influenciar na queda.

O primeiro e mais óbvio é a velocidade do celular.  Se ele escapa da sua mão e sai com velocidade zero e cai por um metro, ele chega ao chão em 0,2 segundos e a uma velocidade de 7,2km/h.  Parece pouco mas dependendo da massa do seu celular a força do impacto pode destruí-lo. Um Lumia 920 pesa 185 gramas, isso significa que esse impacto sobre o chão fará com que o Lumia receba uma força de 1,8 Newtons.

É pouco?  Sim, é bem pouco. Se um celular não suportar essa força, você o quebraria com as mãos.  Mas quando avançamos um pouco para a Liga profissional, veremos que esse pouco pode não ser tão pouco assim, dependendo de outros fatores.

O principal é a pressão a qual seu celular estará sujeito no ponto de impacto.  Se ele cai “deitado” ele tem uma área muito boa para distribuir essa força.  Quando ele cai “de quina” é possível que essa área seja danificada pois a pressão ali seria tão grande que ultrapassaria o limite de resistência do material.  Como exemplo, se o ponto em que ele bateu no solo tivesse uma área de 1mm² (área da quina) a pressão a que o material teria que resistir seria de 1800 kPa, já um valor bastante razoável.

O material do telefone obviamente tem que ser projetado para esse tipo de queda.  O corpo do Lumia 920 é feito de policarbonato que suporta até 76 MPa antes de se romper.  Mas considere que o Lumia caia com a tela sobre uma pedra.  Assim um pequeno ponto da tela teria que receber todo o impacto, nesse caso, é bem provável que ela se quebre.

A superfície em que o telefone irá cair também é importante.  Você sabe que uma coisa é jogar seu celular na cama, e outra é jogá-lo contra o piso da sala.  Isso influencia na dissipação da energia da queda.  Se ele cai contra um piso cerâmico, que é algo duro, ocorrerá a famosa colisão elástica, e o telefone irá “quicar” resultando em impactos secundários.  Além disso, na hora do impacto, a devolução da energia do piso para o telefone se dá sob a forma de vibrações mecânicas.  Essas vibrações atravessam todo o aparelho e chegando ao final dele, voltam para o outro lado, interferindo com as vibrações que ainda estão chegando provocando interferências, ora destrutivas, ora construtivas entre as ondas.

Uma demonstração para isso ocorre durante o bombardeio de uma fortificação:  Embora o projetil não entre na edificação, vemos pedaços do concreto se desprender pelo lado de dentro.  Isso acontece porque ao sofrer o impacto do projetil, as ondas mecânicas viajam pelo concreto até o limite interior.  Estas ondas são de compressão, situação em que o concreto tem o melhor de suas propriedades.  Contudo, ao atingirem o final do concreto e voltarem, elas invertem a fase, passando a ser de tração, situação em que o concreto é frágil, e por isso ele se desprende.

O mesmo acontece com o celular:  Ao bater, ele é varrido por ondas de compressão.  Essas ondas chegam ao final do aparelho e voltam, mudando de fase.  Assim, passam a ser de tração e o aparelho fica sendo tracionado e comprimido a mercê dessas ondas.  E todos os seus componentes precisam suportar essa maresia.

Nesse jogo, materiais menos flexíveis são os que mais tendem a sofrer.  Plásticos e metais suportam bem deformações, mas as telas dos aparelhos não são tão boas para isso.  Por isso vemos telas trincando.  Os fabricantes testam materiais para as telas, não pensem que eles esperam que se quebrem com qualquer impacto desses, mas se sua tela quebrar, você pode estar diante de um fenômeno fascinante:  A fadiga.

A fadiga de materiais começou a se tornar séria quando ela provocou acidentes aeronáuticos.  Na alvorada da era do jato comercial, o pioneiro de Haviland Comet tinha cabine pressurizada e um belo dia, essas aeronaves começaram a cair como moscas, sem motivo aparente.  Descobriu-se depois que o formato quadrado das janelas eram favoráveis a formação de microtrincas e estas se propagavam, até o momento em que o material não suportava mais o esforço e falhava.  É por esse motivo que hoje janelas de aviões são em formato bastante arredondado.  Nos anos 70, a retirada de motores para manutenção de forma incorreta no DC-10 provocou trinca nos pilones que sustentavam os motores nas asas, fazendo com que o motor caísse em pleno voo.

No caso do celular, um esforço repentino qualquer como uma primeira queda, um impacto, ou mesmo um problema de fabricação que seja tão pequeno que tenha passado pelo controle de qualidade pode provocar uma pequena trinca, microscópica que encurtará bastante a resistência dos materiais.  Faça um teste:  Pegue uma folha de papel e tente rasga-la puxando-a pelas duas extremidades, apenas tracionando a folha.  Você vai notar que é preciso bastante força para romper a folha.  Agora, faça um pequeno corte na metade da folha.  Veja como ela se rasgará mais fácil e terá seu corte como origem.  O mesmo ocorre em todos os outros materiais.

Lembra da tensão a que o material estava sujeito na queda?  Então, as ondas de choque distribuem essa tensão ao longo de todo o corpo.  Se estivéssemos falando de um bloco de aço perfeito, essa tensão seria distribuída igualmente para todo o corpo.  Mas como são diversos materiais, ela se comportará de forma diferente.  Havendo trincas, as ondas precisam desviar e ao fazer isso, encontram-se com as outras que estão chegando, fazendo com que a tensão nas áreas próximas a trinca fiquem bem maiores.  Isso resultará em falha do material e propagação da trinca.

Quanto maior a trinca, menor a resistência.  Se o celular sofrer um impacto acima dessa resistência, o material falha, e a trinca se propaga na velocidade do som do material.  E é nesse momento que você chora a perda de seu celular, mas na verdade é apenas um processo que já vinha de longa data, talvez desde a fabricação deste.

Assim, não existe celular perfeito e não há maneiras de você garantir que seu aparelho não tenha trincas, a menos que na hora de compra-lo você tenha um microscópio, ou leve o aprendiz do Mu de Áries com você.  A melhor maneira de preservar seu telefone continua sendo a mais óbvia:  Não o deixe cair.

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Sobre Fernando Vieira

Engenheiro Mecânico. Trabalha no Rio mas mora em Petrópolis. Fez esse blog, pra comentar sobre tudo um pouco mesmo sem entender de nada.
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2 respostas para A Mecânica da fratura de um celular

  1. Thiago disse:

    Muito bom o post, bem esclarecedor.

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