|
Bạn
nản chí khi dây băng dính không chịu tách ra khỏi cuộn theo một
đường ngang thẳng hàng? Bạn tức giận khi không thể xé rách những
miếng giấy dán tường một cách gọn gàng?
Một nghiên cứu mới đã khám
phá tại sao những nỗ lực thực hiện [điều đó] có thể làm xấu hơn
tình trạng ban đầu. Giấy dán tường không thể bị xé rách
theo ý bạn muốn – bởi nó chỉ tuân theo các quy luật vật lý.
Kết luận này được đưa ra bởi nhóm các nhà nghiên cứu đến từ
Trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia tại Paris (CNRS) – Cộng
hòa Pháp, Đại học Santiago – Chile, và Học viện công nghệ
Massachusetts (MIT).
Theo bài báo đăng ngày 30
tháng 3 trên trang mạng của tờ Vật liệu thiên nhiên, đã làm sáng
tỏ hiện tượng kỳ lạ mà rất nhiều người đã từng gặp phải, các nhà
nghiên cứu đã gọi đó là “bài toàn giấy dán tường”.
“Bạn muốn trang trí
lại phòng ngủ của mình, nên cần phải xé bỏ giấy dán tường cũ.
Bạn muốn tất cả các mảnh vạt giấy sẽ rách theo đường thẳng xuôi
xuống sàn nhà, nhưng chúng lại rách theo hình tam giác khiến bạn
phải xé ngược từ dưới lên trên một lần nữa”, Pedro Reis,
một trong những tác giả của bài báo và hiện đang là giảng viên
trợ giảng ngành toán ứng dụng tại MIT cho biết.
Dây
băng dính khi bị xé rách ra khỏi cuộn băng sẽ tạo thành hình tam
giác và kết thúc ở một điểm. Nguồn hình: web.mit.edu
Kiểu rách đôi theo 2 đường
chéo hướng về nhau & gặp nhau tại một điểm thì cực kỳ bền vững.
Nó xuất hiện không chỉ ở giấy dán tường mà còn ở các loại chất
dính như băng dính cũng như những miếng chất dẻo không dính như
loại chất dẻo bao phủ trong đĩa compact. Thậm chí kiểu rách với
hình dạng tam giác đặc trưng còn xuất hiện ở một số loại quả khi
bị bóc vỏ: như trái cà chua hay trái nho.
“Điều này xảy ra với mọi
người và làm họ khó chịu”, Reis cho biết. Các thành viên cộng
tác khác bao gồm Enrique Cerda và Eugenio Hamm thuộc Đại học
Santiago, Benoit Roman thuộc CNRS và Michael LeBlanc thuộc Đại
học Chicago.
Các nhà nghiên cứu phát hiện
thấy những miếng rách hình tam
giác có mặt ở khắp mọi nơi, xảy ra do sự tương tác giữa 3 đặc
tính cố hữu của vật chất: tính đàn hồi (cứng), năng lượng bám
dính (chất dán bám chặt vào bề mặt bền vững như thế nào) và năng
lượng để làm đứt gãy (nó khó bị xé rách như thế nào).
Dựa trên 3 đặc tính này,
các nhà nghiên cứu đã phát triển một công thức có thể dự đoán
được góc của hình tam giác được tạo thành.
Họ cũng tính toán rất chính
xác những trường hợp mà miếng rách dạng hình tam giác sẽ xuất
hiện. Vì khi dải giấy dán tường bị
giật mạnh, năng lượng tích tụ lại dưới dạng các nếp oằn. Dải
giấy có thể giải phóng năng lượng theo hai hướng: chống lại quá
trình tách ra khỏi bề mặt & trở nên hẹp hơn, đó là cả hai hướng
xảy ra với miếng giấy dán tường.
Trong những ứng dụng công
nghiệp, các nhà thiết kế vật liệu có thể dùng phương pháp này để
tính toán cho một trong 3 đặc tính then chốt khi biết được 2 đặc
tính còn lại. Nó cũng có thể đem lại những hữu ích đặc biệt
trong các ngành công nghệ vi mô, như chế tạo các dây điện có khả
năng co dãn, khi mà những mô tả về đặc tính của loại vật liệu có
đường kính nhỏ là rất khó khăn.
Pedro
Reis, giảng viên trợ giảng ngành toán ứng dụng tại. Hình ảnh:
Donna Coveney, nguồn hình: web.mit.edu
Reis hiện đang làm việc
tại Phòng thí nghiệm toán học ứng dụng (MIT) và các cộng tác
viên đến từ CNRS và Đại học Santiago đã có ý tưởng theo đuổi
công trình nghiên cứu nhằm dự đoán những mẫu rách đặc ở trong
các miếng nhựa như lớp chất dẻo bao phủ bề mặt đĩa CD.
Các nhà nghiên cứu cố gắng
kiểm soát các mô hình xảy ra trong thực tế theo cùng một tiến
trình trong phòng thí nghiệm & đã nhận được những kết quả giống
nhau. “Kiểu rách này thật sự cường tráng, bởi vậy phải có một
nguyên lý nền tảng điều khiển quá trình sinh ra & lan truyền các
đường rách gấp khúc”, Reis cho biết.
Tuy nhiên với hình dạng
hình thành từ sự xé rách các miếng nhựa không dính thì khó
nghiên cứu bởi chúng không tạo ra các miếng rách với hình tam
giác hoàn hảo. Vì không có sự tham gia của lực bám dính nên rất
rối rắm khi xem xét các hiện tượng xảy ra dưới góc độ vật lý
học. Thay cho hướng nghiên cứu này, các nhà khoa học đã chuyển
hướng chú ý sang các chất dẻo bám dính, loại vật liệu khi bị xé
rách sẽ tạo ra các hình thành hình tam giác điển hình.
Các hình tam giác có thể nhìn
thấy trong công việc của họa sỹ người Pháp,
Jacques Villeglé. Tác
phẩm của anh ấy bao gồm các tờ áp phích quảng cáo (poster) lấy
từ đường phố Paris và nhiều thành phố khác ở Pháp, được hoàn
thiện phần nào đó tương tự nghiên cứu mà các nhà khoa học đã
tiến hành đó là xé rách các miếng giấy. Một trong những áp phích
đó có thể truyền tải được đặc trưng của Vật liệu tự nhiên, giúp
minh họa cho bài báo của nhóm nghiên cứu.
Miếng rách từ các tấm áp
phích, dải băng dính và vỏ cà chua dường như là những chủ đề lập
dị với các nhà vật lý và toán ứng dụng, nhưng lại rất bình
thường với Reis và các đồng nghiệp, họ bị lôi kéo bởi những cảm
hứng từ chuỗi các khách thể xảy ra hàng ngày.
Những ứng dụng trong thế
giới thực không chỉ là cách vui mà học mà “chúng ta có thể tìm
ra được những điều thật sự hữu ích cho ngành công nghiệp và hiểu
rõ hơn về thế giới quanh ta. Đó cũng là cách tốt để thúc đẩy
sinh viên hứng thú với khoa học”, Reis nói.
Nam Hy
Hoàng Phong (dịch)
Thông tin về bài gốc
Trở về Trang Chính
| 