Principio general del experimento:un objeto elástico cerrado (un anillo o anillo) se mantiene dentro de una película de jabón. En t =0, la película de jabón exterior se rompe permitiendo que el objeto, con la película de jabón interior intacta, caer libremente. La fuerza de tensión superficial desequilibrada de la película de jabón interior hace que el objeto se doble dinámicamente; este movimiento es capturado por una cámara de alta velocidad. Crédito:arXiv:1812.11009 [cond-mat.soft]
Un equipo de investigadores de la Universidad de Oxford, El MIT y la Universidad de Limerick han descubierto que es posible predecir la estabilidad de un anillo que colapsa contando sus torceduras. En su artículo publicado en la revista Cartas de revisión física , el grupo describe experimentos que llevaron a cabo que implicaron colocar un anillo elástico sobre una película de jabón y registrar lo que sucede cuando el anillo colapsa.
Una de las cosas interesantes del campo de la física es su alcance. Los investigadores en el campo estudian las estrellas buscando explicar cómo llegamos aquí; otros estudian el mundo cuántico, buscando comprender mejor cómo existe la realidad tal como la conocemos, y luego hay aplicaciones menos exóticas, como estudiar cómo y por qué las cosas se doblan de la forma en que lo hacen. ¿Por qué un puente de repente se dobla y se cae? ¿O por qué los parabrisas de los automóviles se comban bajo el peso de la nieve? y exactamente cuánta nieve se necesita? Los físicos estudian dicho pandeo para comprender mejor cómo funcionan los materiales en diferentes condiciones.
En este nuevo esfuerzo, los investigadores se preguntaron acerca de los factores involucrados cuando un anillo elástico colocado sobre una película de jabón colapsa. Investigaciones anteriores han demostrado que dicho anillo colapsará de diferentes maneras dependiendo de diferentes factores. Los investigadores se preguntaron si esos factores podrían ser predecibles. Descubrir, realizaron múltiples experimentos con anillos elásticos y películas de jabón.
Todos los experimentos involucraron la misma configuración básica. Se aplicó una película de jabón a una cantidad de agua. Luego se colocó un anillo sobre la película de jabón. Una vez que el anillo se colocó en su lugar, los investigadores rompieron la tensión superficial pinchando la película de jabón con un alfiler fuera del anillo. Con la tensión superficial liberada, el anillo se derrumbó y se hundió en el agua de abajo. La acción fue capturada con una cámara de alta velocidad. El único factor que cambió entre experimentos fue el grosor y el ancho de los anillos.
Los investigadores encontraron que cuando las paredes del anillo eran anchas y delgadas, el anillo se doblaba hacia adentro, pero cuando las paredes eran gruesas, el anillo se doblaría tanto hacia arriba como hacia abajo. Luego crearon un modelo para predecir el tipo de pandeo del anillo que se produciría en función de las propiedades del anillo. Las pruebas mostraron que el modelo podía predecir con precisión qué tipo de pandeo ocurriría, según el tipo de anillo utilizado.
Instantáneas experimentales del pandeo dinámico de un anillo elástico (a) (h =1 mm =R fuera - R en , R en =23,5 mm, E =42 kPa) y (b) anillo (h =110 µm, R en =25 mm, R fuera =34 mm, E =200 kPa) bajo la acción de una tensión superficial desequilibrada T en . Crédito:arXiv:1812.11009 [cond-mat.soft]
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