Một tờ giấy bị nghiền nát thành một quả bóng và ném vào sọt rác, phần đầu của một chiếc ô tô biến dạng trong một vụ tai nạn , và lớp vỏ Trái đất dần hình thành núi qua hàng triệu năm đều có điểm gì chung? Tất cả chúng đều đang trải qua một quá trình vật lý được gọi là nhàu nát, xảy ra khi một tấm vật liệu tương đối mỏng – một tấm có độ dày nhỏ hơn nhiều so với chiều dài hoặc chiều rộng của nó – phải vừa với một diện tích nhỏ hơn.

Mục Lục

1
2 Tổng chiều dài của các nếp nhăn = “Dặm”
3 Tại sao lý thuyết thô bạo lại quan trọng?
4 Kết luận:

Tổng chiều dài của các nếp nhăn = “Dặm”

Ý tưởng đó đã hình thành cơ sở của các thí nghiệm được thực hiện cách đây vài năm bởi một cựu nhà vật lý Harvard Shmuel M. Rubinstein hiện đang làm việc tại Đại học Hebrew ở Jerusalem và các sinh viên của ông. Rubenstein và nhóm của ông đã vò nát một tờ giấy mỏng liên tục và đo tổng chiều dài của các nếp nhăn trên tờ giấy, mà họ gọi là “số dặm”. Họ phát hiện ra rằng sự tăng trưởng của số dặm có thể tái tạo một cách đáng kinh ngạc, và mỗi lần tích lũy số dặm mới sẽ ít đi một chút, vì tờ giấy này đang dần trở nên yếu hơn.

Phát hiện đó đã khiến cộng đồng vật lý bối rối. Trong thử nghiệm, các tờ giấy mỏng của Mylar, một màng mỏng tương tự như giấy, được nhàu một cách có hệ thống nhiều lần, tạo ra một số nếp nhăn mới sau mỗi lần lặp lại. Ở giữa các lần nhàu nát, các tấm vải được làm phẳng cẩn thận và biên dạng chiều cao của chúng được quét bằng một công cụ gọi là máy đo biên dạng. Máy đo biên dạng thực hiện các phép đo của bản đồ chiều cao trên bề mặt của tấm, cho phép chúng tôi tính toán và hình dung vị trí của các nếp nhăn như một hình ảnh.

Bởi vì việc tạo nếp gấp có thể lộn xộn và không đều, nó tạo ra dữ liệu “nhiễu” mà có thể khó khăn cho quá trình tự động hóa của máy tính. Để giải quyết vấn đề đó, họ đã tự tay theo dõi các mẫu nếp gấp trên 24 trang tính, sử dụng máy tính bảng và Photoshop. Điều đó có nghĩa là ghi lại tổng cộng 21.110 khía cạnh.

Tại sao lý thuyết thô bạo lại quan trọng?

Có được những hiểu biết sâu sắc về nhàu nát có khả năng thực sự quan trọng đối với tất cả mọi thứ trong thế giới hiện đại. Nếu bạn đang sử dụng một vật liệu trong bất kỳ khả năng kết cấu nào, thì điều quan trọng là phải hiểu các đặc tính hỏng hóc của nó.

Trong nhiều tình huống, điều quan trọng là phải hiểu vật liệu sẽ hoạt động như thế nào khi tải nhiều lần.Ví dụ, cánh máy bay rung lên xuống hàng nghìn lần trong suốt thời gian tồn tại của chúng. Nghiên cứu của chúng tôi về sự nhàu nát lặp đi lặp lại có thể được xem như hệ thống mô hình về cách vật liệu bị hư hỏng dưới tải trọng lặp đi lặp lại.

Một số yếu tố cốt lõi trong lý thuyết của chúng tôi, về cách vật liệu bị suy yếu do đứt gãy, nếp nhăn theo thời gian, có thể có các chất tương tự trong các loại vật liệu khác. Và đôi khi, việc vò nát có thể thực sự được sử dụng về mặt công nghệ.

Các tấm graphene nhàu nát đã được đề xuất như một khả năng để tạo ra các điện cực hiệu suất cao cho pin Li-ion. Ngoài ra, lý thuyết vỡ vụn cung cấp hiểu biết sâu sắc về tất cả các loại hiện tượng, từ cách mở ra cánh của côn trùng và cách DNA đóng gói vào nhân tế bào.

Kết luận:

Còn rất nhiều điều cần phải học về việc vò nát. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu muốn tìm hiểu thêm về cơ chế thực tế của cách các nếp nhăn hình thành và có thể thực hiện các phép đo trong quá trình này, thay vì chỉ kiểm tra kết quả cuối cùng. Để giải quyết vấn đề này, hiện các nhà vật lí học đang phát triển một mô phỏng cơ học 3D của một tấm giấy nhàu nát, có thể cho phép họ quan sát toàn bộ quá trình.

Xem thêm: