Физики сумели объяснить движение завитков
Пластинка металла, которая была использована в исследовании. Снимок P.-T. Brun & B. Audoly/CNRSФизиками создана математическая модель движения завитков. С кратким содержанием этой работы, которая увидела свет в журнале Physical Review Letters, можно познакомиться на сайте Американского физического общества.
Истина, которая известна уже давно - гениальность в простоте. Чтобы познать законы движения завитков, учёные решили сделать математическую модель, которая основана на довольно простом эксперименте с полоской металла.
Истина, которая известна уже давно - гениальность в простоте. Чтобы познать законы движения завитков, учёные решили сделать математическую модель, которая основана на довольно простом эксперименте с полоской металла.
Полоска металла длиною 60 сантиметров и толщиною 0,1 миллиметр предварительно была свернута в катушку (спокойное состояние), а потом расправлена на поверхности (напряжённое состояние). Когда полоска была отпущена, она сразу же сворачивалась в завиток. Данный процесс был записан исследователями на видеокамеру и использован для составления модели. Когда авторы эксперимента убедились, что модель умеет с достаточной точностью воспроизводить поведение металлического завитка, они смогли провести виртуальные эксперименты с полоской, имеющей неограниченную длину.
В связи с тем, что в расправленном состоянии каждый сегмент полоски содержал в себе одинаковое количество энергии, то скорость движения завитка оказывалась постоянной и рост завитка в момент скручивания получался равноускоренным и имел зависимость только от времени (L=kxt/3, где t - время).
Предполагалось, что при скручивании со временем рост размера завитка должен прекращаться (он должен достигать некоего естественного размера). Но в самом деле завиток продолжал увеличиваться совершенно независимо от длины полоски. Происходило такое из-за того, что сила, которая пыталась сделать завиток меньше, компенсировалась центробежной силой вращения (гравитация в модели не учитывалась). Причём увеличение являлось самоподобным, иначе говоря, каждая часть пружины растёт пропорционально.
Объекты, которые имеют форму завитка в природе довольно распространены - от курчавых волос до усиков растений. Некоторые инженеры предложили использовать завитки, которые образуются полосками из двух разных материалов, для создания микроскопических моторов. Работа по моделированию движения вероятно сможет помочь в решении данного вопроса инженерам.
В связи с тем, что в расправленном состоянии каждый сегмент полоски содержал в себе одинаковое количество энергии, то скорость движения завитка оказывалась постоянной и рост завитка в момент скручивания получался равноускоренным и имел зависимость только от времени (L=kxt/3, где t - время).
Предполагалось, что при скручивании со временем рост размера завитка должен прекращаться (он должен достигать некоего естественного размера). Но в самом деле завиток продолжал увеличиваться совершенно независимо от длины полоски. Происходило такое из-за того, что сила, которая пыталась сделать завиток меньше, компенсировалась центробежной силой вращения (гравитация в модели не учитывалась). Причём увеличение являлось самоподобным, иначе говоря, каждая часть пружины растёт пропорционально.
Объекты, которые имеют форму завитка в природе довольно распространены - от курчавых волос до усиков растений. Некоторые инженеры предложили использовать завитки, которые образуются полосками из двух разных материалов, для создания микроскопических моторов. Работа по моделированию движения вероятно сможет помочь в решении данного вопроса инженерам.
