วิทยาศาสตร์สำหรับทุกคน: คุณต้องบีบหลอดยาสีฟันของคุณยากแค่ไหน?

(บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของวิทยาศาสตร์สำหรับจดหมายข่าวทั้งหมดที่นำศัพท์แสงออกจากวิทยาศาสตร์และทำให้ความสนุกเข้ามา! สมัครสมาชิกทันที–

เมื่อคุณกดหลอดยาสีฟันในตอนเช้าคุณแน่ใจว่าบางวางจะปะทุออกหากคุณบีบหนักพอ แต่เพียงพอแล้ว? ยาสีฟันทำตัวเหมือนเป็นของแข็งที่ยืดหยุ่นเมื่อมันยังคง แต่ให้ผลเมื่อผลักแรงพอ นักวิทยาศาสตร์รู้ถึงวัสดุมากมายที่ทำให้การเปลี่ยนแปลงนี้ – แต่สิ่งที่พวกเขายังคงพยายามเข้าใจคือความกดดันที่คุณต้องใช้ในการบีบมันออกมาและทำไมไม่มากหรือน้อย

'กะ' เรียกว่าสวิตช์ให้ผลผลิต วิศวกรมีความคุ้นเคยกับมันมากและจัดการกับมันเป็นประจำในแอพพลิเคชั่นในโลกแห่งความเป็นจริง ตัวอย่างเช่นมันเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบขวดซอสมะเขือเทศและผลิตภัณฑ์ผมเช่นเจล อย่างไรก็ตามนักฟิสิกส์ไม่คุ้นเคยกับมันซึ่งก็คือว่าพวกเขาไม่เข้าใจว่าสวิตช์ผลผลิตทำงานได้อย่างไรในระดับกล้องจุลทรรศน์

การศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ใน จดหมายทบทวนทางกายภาพ ในวันที่ 23 พฤษภาคมได้พยายามลดช่องว่างนี้

นักวิจัยจากสหรัฐอเมริกาใช้เครื่องวัดความแม่นยำ – เครื่องจักรที่บิดตัวอย่างและวัดจำนวนที่ต่อต้านการบิด – เพื่อบันทึกตัวเลขสองตัวผ่านวัสดุอ่อนจำนวนมาก: โมดูลัสการจัดเก็บ (พลังงานเท่าไหร่

ทีมยังต้องใช้วัสดุที่เพิ่มขึ้นของความดัน เมื่อความดันเพิ่มขึ้นที่คลิปที่มั่นคงความเครียดที่ได้รับจากวัสดุก็เพิ่มขึ้นที่คลิปเดียวกัน ช่วงของแรงกดดันที่ความสัมพันธ์นี้เก็บไว้ในวัสดุเรียกว่าช่วง viscoelastic ของวัสดุ

แต่ในบางจุดเมื่อความดันที่ใช้ข้ามเกณฑ์โมดูลัสการสูญเสียของมันก็เกิดขึ้นทันทีและสั้นลง นี่คือเมื่อสวิตช์ให้ผลผลิตเกิดขึ้น

วัสดุเหล่านี้รวมถึงอิมัลชันพอลิเมอร์เจลคอลลอยด์และเส้นใย

โดยการทดสอบเหล่านี้นักวิจัยได้ค้นพบกฎสองข้อที่ไม่คาดคิด แต่ดูเหมือนเป็นสากล

ประการแรกความสูงของการสูญเสียโมดูลัสสไปค์ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของโมดูลัสการสูญเสียต่อโมดูลัสการจัดเก็บเท่านั้น หากอัตราส่วนมีขนาดเล็กเข็มจะเรียบง่าย หากอัตราส่วนสูงกว่าขีด จำกัด สไปค์จะแบนออก

ประการที่สองความเครียดที่สวิตช์วัสดุที่ดึงขึ้นมานั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยสามประการอย่างตรงไปตรงมา: ความเครียดจากการไหลของวัสดุที่มีประสบการณ์โมดูลัสการจัดเก็บและอัตราส่วนดังกล่าวข้างต้น

การค้นพบนั้นน่าประหลาดใจเพราะนักวิทยาศาสตร์คาดว่าการเปิดให้ผลตอบแทนจะเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งต้องใช้การคำนวณแบบไม่เป็นเชิงเส้น (เช่นการเปลี่ยนแปลงเอาต์พุตอย่างไม่เป็นสัดส่วนกับอินพุต) การคำนวณด้วยชิ้นส่วนดังกล่าวสามารถควบคุมได้อย่างรวดเร็ว การศึกษาแสดงให้เห็นว่าจุดสลับสลับขึ้นอยู่กับคุณสมบัติ viscoelastic ของวัสดุซึ่งง่ายต่อการวัด

ในทางกลับกันหมายความว่าวิศวกรสามารถปรับอัตราส่วนของวัสดุดังกล่าวเพื่อปรับแต่งว่ายาสีฟัน, ซอสมะเขือเทศ, เจลผม, อิมัลชัน, ยางที่เต็มไปด้วยยางหรือครีมควรไหลออกจากภาชนะ

โดยสรุปการศึกษาเปิดเผยการเชื่อมโยงที่เรียบง่ายและสากลสองครั้งระหว่างข้อมูล viscoelastic และช่วงเวลาที่ซับซ้อนเมื่อวัสดุอ่อนเริ่มไหล ดังนั้นนักวิจัยจึงได้เปลี่ยนสิ่งที่ครั้งหนึ่งดูเหมือนว่าเป็นปัญหาเฉพาะทางวัสดุให้เป็นวิทยาศาสตร์ที่ง่ายมาก

จากหน้าวิทยาศาสตร์

มุมคำถาม

พืชและสัตว์