Физики вывели общий закон разрыва сетей: от паутины до автошин и тканей человека

Что объединяет такие разные по составу и назначению предметы, как паутина, автомобильные шины, ткани человеческого организма? В основе у них — сети из переплетенных нитей. Значит, прочность и долговечность таких материалов должна подчиняться одним и тем же физическим принципам.

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) вывели общий закон масштабирования для внутренней энергии разрушения разнообразных растягиваемых сетей. Результаты их исследования вышли в ведущем журнале по междисциплинарной физике Physical Review X.

Закон универсален для расчета энергии разрыва сетей из различных веществ на разных масштабах длины, объясняет профессор машиностроения MIT Сюаньхэ Чжао. По его мнению, это открывает большие перспективы по созданию «невероятно прочных, мягких и растяжимых» материалов.

До сих пор не было физической модели, которая эффективно объединяла бы механику нитей и их связность для прогнозирования объемного разрушения. Новое исследование эту проблему решило.

Теория позволяет рассчитать энергию, которая требуется на разрыв сети. Благодаря этому можно сделать ее прочнее путем изменения длины нитей, особенностей их вязки и других параметров.

Для проверки своих теоретических выкладок ученые напечатали на 3D-принтере сети — двухмерные из нанопленок и трехмерные в форме алмазной решетки — и убедились, что выведенные формулы масштабируются. В экспериментах выяснилось, что кроме изменений самих нитей, прочность сети также можно укрепить, связав ее более крупными петлями.

Разработанная учеными теория стала важным шагом в развитии такой перспективной области, как архитектурированные материалы, свойства которых определяются не столько сырьем для их изготовления, сколько структурой на микро- и макроуровне.

Выяснилось, как пауки могут ловить добычу гораздо крупнее себя

Кольчуга будущего: создан прочный и гибкий 2D-материал