D35 Caracterização da viscoelasticidade

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A viscoelasticidade da cutícula determina como o exoesqueleto do inseto responde a cargas que variam ao longo do tempo, e essa resposta muda radicalmente dependendo da frequência com que a carga varia: em altas frequências, como as do próprio bater de asas, a cutícula se comporta de maneira predominantemente rígida e elástica, enquanto em baixas frequências, em resposta a deformações lentas e sustentadas, a cutícula deixa de se comportar como um sólido elástico, fazendo com que comece a fluir gradualmente, de forma semelhante a um líquido altamente viscoso.

Para caracterizar essa mudança de comportamento com a frequência, existem dois testes complementares: o teste de relaxamento, que fixa a deformação da amostra de cutícula e mede como a tensão diminui ao longo do tempo, e o teste de fluência, que, por outro lado, fixa a tensão aplicada e mede como a deformação aumenta ao longo do tempo. Ambos os testes descrevem essencialmente o mesmo comportamento viscoelástico da cutícula visto de dois ângulos diferentes, o que os conecta matematicamente por meio das integrais de Kramers-Kronig.

Nenhum desses dois testes, isoladamente, consegue abranger experimentalmente toda a faixa de frequência de interesse para pesquisadores da cutícula, mas o princípio da superposição tempo-temperatura, proposto por Williams, Landel e Ferry, supera essa limitação: repetindo o teste em diferentes temperaturas e, em seguida, deslocando horizontalmente cada uma dessas curvas medidas, com um fator de deslocamento específico para cada temperatura, todas essas curvas parciais acabam se fundindo em uma única curva mestra que abrange muitas ordens de magnitude de frequência a mais do que seria possível medir diretamente em uma única temperatura.

Por trás da mesma equivalência entre tempo e temperatura que possibilita a construção da curva mestra, existe uma transição ainda mais marcante que ocorre quando, em vez de variar a frequência, a temperatura da cutícula é variada diretamente: essa transição, conhecida como temperatura de transição vítrea, pode ser medida independentemente usando calorimetria diferencial de varredura e separa dois regimes de comportamento muito distintos. Abaixo dessa temperatura de transição vítrea, a cutícula está em um estado vítreo, com um módulo de armazenamento muito alto, da ordem de gigapascais, e um comportamento rígido e quebradiço; Acima dessa mesma temperatura, a cutícula transita para um estado elástico-borracha, com um módulo de armazenamento milhares de vezes menor, da ordem de megapascais, e um comportamento muito mais flexível.

Essa transição vítrea não precisa ser uma única temperatura para toda a cutícula: quando os diferentes componentes proteicos que a compõem apresentam transições independentes, a cutícula acaba exibindo diversas temperaturas de transição vítrea diferentes, uma para cada componente. Isso significa que a viscoelasticidade completa da cutícula do exoesqueleto — desde sua rigidez contra o rápido bater de asas até sua capacidade de fluir lentamente sob cargas sustentadas — resulta, em última análise, da superposição de todos esses comportamentos individuais de seus diferentes componentes proteicos.

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