Отчитане Ако гумените ленти са опънати, възстановяващата сила не се увеличава пропорционално на дължината на разширението отвъд определена критична дължина. Въпреки че това нелинейно поведение може да бъде експериментално изследвано в прости училищни експерименти, размерът на нелинейната сила не може да бъде теоретично предвиден от материалните свойства на каучук. Физиците от университета в Урбана-Шампейн показаха, че пренебрегваният принос към ентропията на молекулите на гумената лента може да обясни нелинейността. Ако гумената лента е опъната на малко разстояние в сравнение с нейната дължина, възстановяващата сила, която възниква, е пропорционална на размера на разширяването, точно както при пружина. Законът на Хук, известен от училищната физика, вече не е валиден за по-големи щамове? математическата връзка между сила и удължаване не е линейна в тази област.

Пол Голдбарт и колегите му от Urbana-Champaign и Boulder успешно моделират тази експериментална ситуация в теоретично проучване на термодинамиката на молекулите на гумена лента. За тази цел изследователите за първи път прилагат модел на сили на еластичност в каучук, създаден преди повече от 60 години.

Гумата се състои от дълговерижни молекули, които се съединяват на произволни места по дължината им чрез химически връзки. Когато гумата е опъната, молекулите се разтягат и повече или по-малко се подравняват една до друга в ред и линия. В неразтегнато състояние, от друга страна, веригите се увиват и се заплитат хаотично, така че ентропията на системата е максимална в това състояние.

Възстановяващата сила, която гумата иска да върне в неразтегнато състояние, възниква, защото природата търси състояния на максимална ентропия. Това термодинамично съображение може по този начин да изчисли ефективните сили на опънати гумени ленти? но само в областта на валидността на закона на Гук. показ

Сега групата на Goldbarts показа, че също така нелинейното поведение може да бъде обяснено с такова внимание. За тази цел изследователите трябваше само да вземат предвид, че точките на свързване на съседни молекулни вериги могат да се изместват по дължината на лентата, тъй като тя е опъната. Тези миграции на възлите не са били разгледани от първоначалната теория.

Изследователите показват в своето проучване, че движенията на възлите допринасят значителна част за общата ентропия на гумената лента. В действителност, ако този допълнителен принос бъде включен в уравненията, нелинейността между сила и напрежение всъщност ще се формира при по-дълги напрежения.

Goldbart иска да разшири изследването си през следващите няколко месеца върху други еластични материали, а също така да провери дали Entropiemodelle може да се използва успешно в инженеринга.

Писма за физически преглед, том 98, член 075502 Стефан Майер

© science.de

Препоръчано Избор На Редактора