Ανάγνωση Αν τεντωθούν οι λαστιχένιες ζώνες, η δύναμη αποκατάστασης δεν αυξάνεται ανάλογα με το μήκος της επέκτασης πέρα ​​από ένα ορισμένο κρίσιμο μήκος. Αν και αυτή η μη γραμμική συμπεριφορά μπορεί να διερευνηθεί πειραματικά σε απλά σχολικά πειράματα, το μέγεθος της μη γραμμικής δύναμης δεν θα μπορούσε θεωρητικά να προβλεφθεί από τις ιδιότητες του υλικού του καουτσούκ. Οι φυσικοί στο Πανεπιστήμιο της Urbana-Champaign έχουν δείξει τώρα ότι μια παρελθούσα παρατήρηση στην εντροπία των μορίων της λαστιχένιας ζώνης μπορεί να εξηγήσει τη μη γραμμικότητα. Εάν η ελαστική ταινία τεντωθεί σε μικρή απόσταση σε σύγκριση με το μήκος της, η δύναμη αποκατάστασης που εμφανίζεται είναι ανάλογη με το μέγεθος της διαστολής, όπως και με ένα ελατήριο. Ωστόσο, ο νόμος του Hooke, γνωστός από τη φυσική του σχολείου, δεν ισχύει πλέον για μεγαλύτερα στελέχη; η μαθηματική σχέση μεταξύ δύναμης και επέκτασης δεν είναι γραμμική σε αυτήν την περιοχή.

Ο Paul Goldbart και οι συνάδελφοί του από την Urbana-Champaign και το Boulder έχουν πλέον διαμορφώσει με επιτυχία αυτήν την πειραματική κατάσταση σε μια θεωρητική μελέτη της θερμοδυναμικής των μορίων μιας ταινίας από καουτσούκ. Για το σκοπό αυτό, οι ερευνητές εφάρμοσαν για πρώτη φορά ένα μοντέλο δυνάμεων ελαστικότητας στο ελαστικό που δημιουργήθηκε πριν από περισσότερα από 60 χρόνια.

Το κόμμι αποτελείται από μόρια μακριάς αλυσίδας που ενώνονται μεταξύ τους σε τυχαίες θέσεις κατά μήκος τους με χημικούς δεσμούς. Όταν το καουτσούκ τεντωθεί, τα μόρια τεντώνονται και περισσότερο ή λιγότερο ευθυγραμμίζονται ο ένας δίπλα-δίπλα σε μια σειρά και γραμμή. Στην αδιάλλακτη κατάσταση, από την άλλη πλευρά, οι αλυσίδες τυλίγονται γύρω και μπερδεύονται με ένα χαοτικό τρόπο, έτσι ώστε η εντροπία του συστήματος να είναι μέγιστη σε αυτή την κατάσταση.

Η δύναμη αποκατάστασης που το καουτσούκ θέλει να επιστρέψει στην ασταθή κατάσταση συμβαίνει επειδή η φύση επιδιώκει καταστάσεις μέγιστης εντροπίας. Αυτή η θερμοδυναμική εξέταση μπορεί έτσι να υπολογίσει τις αποτελεσματικές δυνάμεις των τεντωμένων ταινιών από καουτσούκ; αλλά μόνο στον τομέα της εγκυρότητας του νόμου του Hooke. επίδειξη

Ο όμιλος Goldbarts έχει δείξει τώρα ότι και η μη γραμμική συμπεριφορά μπορεί να εξηγηθεί με μια τέτοια εκτίμηση. Για το σκοπό αυτό, οι ερευνητές έπρεπε μόνο να λάβουν υπόψη ότι τα σημεία σύνδεσης παρακείμενων μοριακών αλυσίδων μπορούν να μετατοπιστούν κατά μήκος του μήκους της ταινίας καθώς είναι τεντωμένο. Αυτές οι μετακινήσεις των κόμβων δεν είχαν εξεταστεί από την αρχική θεωρία.

Οι ερευνητές δείχνουν στη μελέτη τους ότι οι κινήσεις των κόμβων συμβάλλουν σημαντικά στη συνολική εντροπία της ελαστικής ταινίας. Πράγματι, αν αυτή η πρόσθετη συνεισφορά ενσωματωθεί στις εξισώσεις, μια μη γραμμικότητα μεταξύ δύναμης και στέλεχος θα δημιουργηθεί στην πραγματικότητα σε μεγαλύτερες καταστάσεις.

Η Goldbart θέλει να επεκτείνει τη μελέτη της στους επόμενους μήνες σε άλλα ελαστικά υλικά και επίσης να ελέγξει εάν το Entropiemodelle μπορεί να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στη μηχανική.

Physical Review Letters, τόμος 98, άρθρο 075502 Stefan Maier

© science.de

Συνιστάται Επιλογή Συντάκτη