13 август 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Механиката на плетения шал

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 27 юни 2018 в 09:23 24560

Плетеният шал се разтегля, когато го опънете - но наистина ли е така?

Един внимателен анализ на трикотажните изделия на френски физици обясни защо плетените дрехи имат доста необичайни механични свойства - те могат да се разтягат еластично и да променят формата си, но отделните нишки, от които се състоят при това въздействие запазват дължината си. 

"Можете да вземете шала на баба си и да го удължите двойно, но самата прежда няма да се разтегли. Това е парадокс", коментира за NewScientist Фредерик Лешно (Frederic Lechenault) от Ecole Normale Superieure в Париж, Франция.

Оказа се, че този ефект е предизвикан от стремежа на плетената тъкан да минимизираенергията, която се натрупва при деформацията на тъканта за сметка на огъването на отделните нишки, пишат изследователите в статия, публикувана в Physical Review X.

S. Poincloux et al., Phys. Rev. X (2018)

При плетене отделните нишки се закрепват помежду си чрез оплитане в бримки с помощта на специални ръчни или механични инструменти. За разлика от тъкането, плетенето оставя между влакната свободно пространство и им позволява да се приплъзват едно спрямо друго, благодарение на което получената структура може да бъде много гъвкава, лесно се разтягане и приема множество различни двумерни или тримерни форми.

В същото време гъвкавостта, разтегливостта и безформеността не пречат на плетената тъкан да остане здрава. Но физическите механизми, които позволяват да се получи материал с такива уникални свойства от нишки, които сами по себе си не притежават тези свойства, досега не бяха напълно обяснени.

За да се реши този проблем екип френски физици, воден от Самуел Пуанклу (Samuel Poincloux), реши да проучи внимателно какво се случва с отделните нишки в плетката, когато тя се разтегля и описват тези процеси теоретично.

За тази цел изследователите провеждат експеримент, в който вземат малко парче плетка от найлонови рибарски влакна, изработена с най-често срещаните схеми на плетене - чорапената плетка.

Тази трикотажна тъкан авторите разтеглят и свиват по едно направление и следят какво се случва с отделните нишки при съответното напрежение и по какви траектории се движат отделните бримки на мрежата.

Траекторите на отделните бримки на плетката при опън. S. Poincloux et al./ Physical Review X, 2018

Физиците успяват да получат зависимостта между деформацията по главната ос и приложеното напрежение, а също и да построят изцяло двумерно поле на преместването на всяка бримка. 

Новият модел описва как такава тъкан реагира на разтягане, като разглежда поведението на отделните бримки. S. Poincloux et al./ Physical Review X, 2018

Оказа се, че при прилагане на сила от 8 нютона плетката се разтяга с около 17%,, при этом зависимостта на деформацията от напреяжението има ясно изразен нелинеен хистерезисен характер, ставайки по-здрава с увеличаването на силата.

Хистерезисът се свързва с разсейването (дисипацията) на енергията, което се случва, когато деформацията се дължи на триенето на нишките една в друга. При това всички деформации на мрежата се оказват напълно обратими, а за двумерното поле зависимостта на преместванията от напрежението се описват от линеен закон на еластичността.

Зависимост на деформациите на плетката от приложената сила. S. Poincloux et al./ Physical Review X, 2018

За да обяснят резултатите, учените построяват прост теоретичен модел, който описва механичните свойства на плетена мрежа чрез оценка на акумулирана енергия на огънатите части от преждата.

Предложеният модел предполага, че влакната не се разтягат при деформацията на трикотажната тъкан и топологичната й структура остава непроменена. 

Схематично представяне на абсолютната референтна конфигурация и деформираното състояние на тъканта. S. Poincloux et al./ Physical Review X, 2018

Основните характерни огъвания на нишките, които могат да бъдат извлечени от геометрията на плетката. Панелите от (a) до (c) показват трите различни ортогонални равнини. S. Poincloux et al./ Physical Review X, 2018

Движението на бримките при това се извършва по такъв начин, че да се минимизира енергията, която се натрупва при огъването на нишките.

С помощта на модела физиците успяват да покажат как ще се променя формата на всяка бримка при разтегляне в зависимост от позицията й в плетката и количествено да опишат  траекториите на отделните бримки и общото линейно удължаване в зависимост от силата на деформация на тъканта.

Сравнение на експериментално измерените траектории на бримките в плетената тъкан (означени с цветни линии) с теоретично изчислените (обозначено с черни линии). S. Poincloux et al./ Physical Review X, 2018

Учените отбелязват, че предложеният модел описва трикотажната мрежа като своеобразен метаматериал с определена топология, чиито механични свойства не се определят от свойствата на отделните елементи, а как са свързани помежду си. Използвайки този модел, могат да бъдат описани всякакви двумерни деформации на подобни мрежи и не само за едноосово напрежение. Предложеното описание според неговите автори в бъдеще може да се използва за създаването на изкуствени двумерни материали с контрол на механичните им свойства.


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.