Brug af matematiske beviser, eksperimenter og simuleringer til at vise, hvordan et materiale rynker, når det bliver fladt

Rynker af indelukkede skaller. Rynkemønstre opstår, når initialt buede skaller er begrænset i nærheden af et fly. a,b, Simuleringer og eksperimenter af firkantede udskæringer fra en sadel (a) og en kugle (b) viser domæner af robust ordnede rynker, sammen med en mere uordnet respons i det sfæriske tilfælde (centrale diamanter i b). Vi præsenterer en grovkornet teori til at forudsige typen og layoutet af sådanne rynkedomæner. c, Grovkornede rynker. Et punkt (x, p(x)) i den indledende skal forskydes langs planet med u og ud af planet til en højde w. De grovkornede felter ueff og weff = 0 udtrykker en teoretisk grænse, hvor skallen er uendeligt meget rynket og perfekt afgrænset. Kredit:Naturfysik (2022). DOI:10.1038/s41567-022-01672-2

Et team af forskere fra University of Illinois i Chicago, Syracuse University og University of Pennsylvania har udviklet et middel til at vise, hvordan et bestemt stykke materiale rynker, efter at det er blevet fladt. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Nature Physics , beskriver gruppen eksperimenter, de udførte med bittesmå stykker plastik.

Tidligere forskning har vist, at det er svært at forstå reglerne for rynkning for næsten ethvert materiale - der er simpelthen for mange variabler involveret til at få styr på det. I denne nye indsats forsøgte forskerne at forstå, hvordan rynker virker i et enkelt materiale, når det rynker i kontrollerbare omgivelser.

Arbejdet fulgte op på arbejde udført af Ian Tabasco, en matematiker ved University of Illinois Chicago. Han udviklede en teori centreret om de energiomkostninger, der er involveret, når et materiale rynker. For at teste hans teorier skabte forskerne først simuleringer af materielle reaktioner på propping på måder beskrevet af Tabascos matematiske formler. De fandt dog ud af, at et simuleret miljø ikke var brugbart, så de opsatte et testscenarie i den virkelige verden.

De lagde tynde, flade stykker plastik på en buet glasoverflade og spundede den derefter, hvilket gjorde plastikken endnu tyndere, da den fik formen af det buede glas. Derefter placerede de de buede plastikstykker på en våd overflade og så på, hvordan vandspændingen tvang plastikken til at rynke. De brugte derefter data fra de udviklede rynker til at finjustere simuleringerne og fandt ud af, at det gentagne gange førte til generering af regler, der beskrev, hvordan rynker optrådte og opførte sig.

Forskerne fandt for eksempel, at rynker, der dannes i rækker i stedet for på kanterne af et plaster, var afhængige af formen på plaststykket lige før dannelsen af rynker. De fandt også ud af, at de var i stand til at forudsige, hvor rynker ville opstå i et givet stykke plastik, hvis de opdelte plastikområdet i mange små underenheder. Under sådanne forhold fandt de ud af, at Tabascos beregninger kunne bruges til at beskrive de typer af krusninger, der ville dukke op og føre til rynker. + Udforsk yderligere

Team tilbyder en ny, enklere lov om komplekse rynkemønstre

Sidste artikelMetasurfaces tilbyder nye muligheder for kvanteforskning

Næste artikelMasterligning til at booste kvanteteknologier