Experimentets allmänna princip:ett slutet elastiskt föremål (en ring eller ring) hålls i en tvålfilm. Vid t =0, den yttre tvålfilmen är trasig så att objektet, med inre tvålfilm intakt, att falla fritt. Den obalanserade ytspänningskraften från den inre tvålfilmen får föremålet att spänna dynamiskt; denna rörelse fångas av en höghastighetskamera. Upphovsman:arXiv:1812.11009 [cond-mat.soft]
Ett team av forskare från University of Oxford, MIT och University of Limerick har funnit att det är möjligt att förutsäga stabiliteten hos en kollapsande ring genom att räkna dess knäckar. I deras tidning publicerad i tidningen Fysiska granskningsbrev , gruppen beskriver experiment de genomförde som innebar att placera en elastisk ring över en tvålfilm och spela in vad som händer när ringen kollapsar.
En av de intressanta sakerna med fysikområdet är dess omfattning. Forskare inom området studerar stjärnorna för att förklara hur vi kom hit; andra studerar kvantvärlden, försöker bättre förstå hur verkligheten som vi känner den existerar - och då finns det mindre exotiska tillämpningar, som att studera hur och varför saker spänns som de gör. Varför spänner en bro plötsligt och faller ner? Eller varför böjer vindrutorna på bilen under snövikten, och exakt hur mycket snö behövs? Fysiker studerar en sådan knäckning för att bättre förstå hur material fungerar under olika förhållanden.
I denna nya insats, forskarna undrade om de faktorer som är inblandade när en elastisk ring placerad över en tvålfilm kollapsar. Tidigare forskning har visat att en sådan ring kommer att kollapsa på olika sätt beroende på olika faktorer. Forskarna undrade om dessa faktorer kan vara förutsägbara. Att få reda på, de utförde flera experiment med elastiska ringar och tvålfilmer.
Alla experiment involverade samma grundläggande upplägg. En tvålfilm applicerades på en mängd vatten. En ring placerades sedan på tvålfilmen. När ringen väl satt sig på plats, forskarna bröt ytspänningen genom att peta tvålfilmen med en nål utanför ringen. Med ytspänningen släppt, ringen kollapsade och sjönk i vattnet nedanför. Handlingen fångades med en höghastighetskamera. Den enda faktorn som förändrades mellan experimenten var tjockleken och bredden på ringarna.
Forskarna fann att när ringväggarna var breda och tunna, ringen skulle spänna inåt - men när väggarna var tjocka, ringen skulle spänna både uppåt och nedåt. De skapade sedan en modell för att förutsäga vilken typ av ringbockning som skulle inträffa baserat på ringegenskaperna. Testning visade att modellen exakt kunde förutsäga vilken typ av knäckning som skulle inträffa, baserat på vilken typ av ring som används.
Experimentella ögonblicksbilder från den dynamiska knäckningen av en elastisk (a) ring (h =1 mm =R ut - R i , R i =23,5 mm, E =42 kPa) och (b) ringformig (h =110 µm, R i =25 mm, R ut =34 mm, E =200 kPa) under inverkan av en obalanserad ytspänning T i . Upphovsman:arXiv:1812.11009 [cond-mat.soft]
© 2020 Science X Network
