@ 2018.04.26 , 21:00

为什么衣服要比看起来更结实

为什么衣服要比看起来更结实
credit:锐景创意

棉线是由许多细小的纤维组成的,虽然它们每个只有2-3厘米长,但连结在一起时,它们之间的张力可以无限延长。从物理学的角度来看,它们之所以能如此强韧有力、能防止衣物七零八碎,关键就在于如何传递了这份张力——这也是个千古难题,人们至今都没能把它彻底弄个明白。

《物理评论快报》(Physical Review Letters)上一篇题为《衣服为何不会散: 主线的张力》的新论文中,联合利华(Unilever)研发港口阳光公司(Unilever r & d Port Sunlight)的物理学家帕特里克·沃伦(Patrick Warren)、剑桥大学(University of Cambridge)的雷·戈尔德斯坦(Ray Goldstein)在统计物理学的范畴内对纱线张力进行了研究。他们利用线性规划技术,证明了纤维间的摩擦产生了某种锁定机制——只要有足够的摩擦力,随机的纤维组合原则上就可以传递一个无限大的张力。

此项研究结果为伽利略在1638年提出的一个启发性思想奠定了定量的基础,他一直不明白,为什么小小的纤维竟有如此强的魔力,能把一根绳变得如此结实。他曾写道:“当我们使劲扭动绳子时,会导致线之间相互缠绕,纤维会断裂,但却不会分开。”用现在的话说,他描述的就是摩擦力了。

在这项新的研究中,研究人员用纱线模拟了一组随机重叠的纤维。结果表明,随着摩擦的增加,逾渗转变(在庞大无序系统中,随着联结程度,或某种密度、占据数、浓度的增加或减少到一定程度,系统内突然出现或消失某种长程联接性,性质发生突变,称发生了逾渗转变,或者说发生了尖锐的相变。在转变点,系统的长程联接性突然消失或是突然出现,许多重要的物理性质将以“是”或者“否”的方式发生性质上的突变)出现了。研究人员解释,这相当于是从一种因纤维滑溜性导致纱线失效的“韧性失效模型”转变到了断裂机制为纤维断裂的“脆性失效模型”。在阈值之上,拉伸强度大概是之前的100倍。

戈尔德斯坦告诉 Phys.org:"我们现在对于摩擦力是如何阻止纤维材料脱落有了更深层次的理解。从应用的角度来看,我们还可以利用这些理论知识来设计面料调节器。"

以后,我们还可以利用该模型优化由各种纤维混纺而成的缝纫线的性能。甚至对于颗粒介质,这个结论也有用武之地——可以用来研究砂桩和粮仓中的应力传递。此外,研究人员计划更深入地研究这个阈值。

“我们准备写一篇更长的论文,在逾渗转变的基础上探讨超临界状态的性质。”

本文译自 phys,由译者 Imagine 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


给这篇稿打赏,让译者更有动力 !
支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

4.7
赞一个 (3)

24H最赞