一份新报告解释了皱纸的物理学

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将一张纸揉皱似乎很简单,而且肯定不需要太多力气,但解释为什么由此产生的皱纸团会以这种方式表现却完全是另一回事。 一旦被揉皱,纸球超过 75% 是空气,但却显示出惊人的强度并抵抗进一步压缩,这一事实让物理学家感到困惑。《物理评论快报》2月18日刊登的一份报告描述了皱纸行为的一个方面:它们的尺寸如何随着承受的力而变化。

压碎的薄片本质上是由弯曲的脊连接的锥形点组成的集合体,这些脊存储能量。 当薄片进一步压缩时,这些脊会塌陷并形成更小的脊,从而增加团块内存储的能量。 芝加哥大学的西德尼·内格尔及其同事模拟了压缩纸球所需的力与其尺寸的关系。 在将一张薄薄的镀铝聚酯薄膜揉皱后,研究人员将其放入配备活塞的圆筒中,以压碎皱纸团。 研究小组写道,与预期的塌陷到最终固定尺寸相反,即使在施加重量三周后,压碎球的高度仍在持续下降。

科学家们进一步发现,皱纸球表现出一种称为滞后现象的现象,在这种现象中,作用在物体上的力的影响滞后于其原因。 例如,皱纸片在给定重量下的行为部分取决于先前施加在其上的重量。 一旦他们补偿了这种响应,研究小组就破译了皱纸片的行为,并发现压缩所需的力与皱纸片的尺寸的负幂成比例地增加。 也就是说,球越大,进一步压缩它所需的力就越小。 研究人员计算出的指数与他们的预测不同,但找到这样的幂律关系可能对于理解揉皱的特性至关重要。 然而,由于计算没有考虑折痕材料内部的摩擦或塑性流动,科学家们表示还需要进行更多研究。

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