關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。 透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事的未來。
將一張紙揉皺似乎很簡單,而且肯定不需要太多力氣,但解釋為什麼由此產生的皺紙團會以這種方式表現卻完全是另一回事。 一旦被揉皺,紙球超過 75% 是空氣,但卻顯示出驚人的強度並抵抗進一步壓縮,這一事實讓物理學家感到困惑。《物理評論快報》2月18日刊登的一份報告描述了皺紙行為的一個方面:它們的尺寸如何隨著承受的力而變化。
壓碎的薄片本質上是由彎曲的脊連線的錐形點組成的集合體,這些脊儲存能量。 當薄片進一步壓縮時,這些脊會塌陷並形成更小的脊,從而增加團塊記憶體儲的能量。 芝加哥大學的西德尼·內格爾及其同事模擬了壓縮紙球所需的力與其尺寸的關係。 在將一張薄薄的鍍鋁聚酯薄膜揉皺後,研究人員將其放入配備活塞的圓筒中,以壓碎皺紙團。 研究小組寫道,與預期的塌陷到最終固定尺寸相反,即使在施加重量三週後,壓碎球的高度仍在持續下降。
科學家們進一步發現,皺紙球表現出一種稱為滯後現象的現象,在這種現象中,作用在物體上的力的影響滯後於其原因。 例如,皺紙片在給定重量下的行為部分取決於先前施加在其上的重量。 一旦他們補償了這種響應,研究小組就破譯了皺紙片的行為,並發現壓縮所需的力與皺紙片的尺寸的負冪成比例地增加。 也就是說,球越大,進一步壓縮它所需的力就越小。 研究人員計算出的指數與他們的預測不同,但找到這樣的冪律關係可能對於理解揉皺的特性至關重要。 然而,由於計算沒有考慮摺痕材料內部的摩擦或塑性流動,科學家們表示還需要進行更多研究。