¿Cuál es la física detrás del origami?
Si doblamos un papel y luego aplicamos presión sobre el pliegue recién formado, parece que la superficie del papel sufre una deformación permanente, pero ¿qué le ha sucedido exactamente al papel a escala molecular?
Respuestas
Básicamente, quedará un pliegue o arruga en el papel porque la estructura de las fibras en el papel se ha dañado irreversiblemente. Esto sucede porque el papel se dobla / comprime más allá de su límite elástico.
Químicamente, el papel se compone principalmente de celulosa de fibras vegetales. Es un polímero orgánico, que tiene unidades de D-glucosa conectadas a través de enlaces de hidrógeno. Estos enlaces se forman entre el átomo de oxígeno del grupo hidroxilo que pertenece a la glucosa y el átomo de hidrógeno de la siguiente unidad de glucosa. Estas son propiedades microscópicas del papel, pero para comprender lo que sucede cuando doblamos papel o hacemos Origami, es suficiente aprender lo que sucede macroscópicamente.
Todos los materiales tienen lo que se llama un límite elástico y una región plástica . El límite elástico es el punto en el que un material se doblará pero volverá a su posición original sin ningún cambio o daño a su estructura. La deformación adicional del material más allá de este límite lo lleva a su región plástica. En este punto, cualquier cambio estructural o físico se vuelve permanente y el papel no volverá a su forma original.
Cada material tiene un límite elástico / rendimiento y una región plástica diferentes. Imagínese sosteniendo una hoja de papel ligeramente doblada pero sin doblarla ni arrugarla. Las fibras vegetales que componen el papel no habrán superado su límite elástico. Tan pronto como suelte la hoja de papel, volverá rápidamente a su estado plano original no arrugado. Sin embargo, si enrolla ese trozo de papel en un cilindro y lo sostiene durante unos minutos, algunas de estas fibras se empujarán más allá del límite elástico, lo cual es evidente, ya que ya no quedará plano y se le han producido ligeras deformaciones. sábana.
Ahora, cuando doble correctamente una hoja de papel como lo haría durante Origami, las fibras de la planta a lo largo del pliegue se empujarán hacia la región plástica del papel y llegarán a un punto de fractura en la línea real del pliegue. Un ejemplo práctico de esto es si tuviera que doblar una hoja de papel, notará que si estira el papel de manera uniforme en ambos lados del pliegue, el papel se rasgará directamente en el doblez (una forma rápida de "cortar" el papel si no tienes tijeras). El pliegue se convierte entonces en un fallo estructural irreversible y las fibras del papel nunca recuperarán su estado original.
Debido a los daños en su estructura, el papel tendrá a partir de ese momento este doblez. Y no importa cuánto intente aplanar el pliegue, nunca volverá a su estado original. Es por eso que los modelos Origami conservan continuamente su forma.
Los pliegues curvos se usan a veces en origami; un ejemplo práctico es la caja de papas fritas que se usa en los restaurantes de comida rápida. Sin embargo, se sabe poco sobre la mecánica de tales estructuras. Ahora, Marcelo Dias, Christian Santangelo y sus colegas de la Universidad de Massachusetts, Amherst y la Universidad de Harvard son los primeros en desarrollar un conjunto de ecuaciones para describir la física de las estructuras de pliegues curvos. Además de proporcionar una mejor comprensión del origami, el equipo espera que el trabajo conduzca a materiales 3D prácticos que sean resistentes y flexibles.
Santangelo y sus colegas se centraron en un anillo porque es un ejemplo relativamente simple de cómo una estructura 2D se puede transformar en un objeto 3D creando un pliegue curvo. Para obtener una comprensión básica de la física, el equipo construyó algunas sillas de montar de origami con papel, de las cuales dedujeron qué propiedades físicas son clave para comprender la mecánica del pliegue curvo.
En el corazón de la transición de una hoja 2D a un objeto 3D se encuentran las tensiones planas creadas en el anillo cuando se pliega. Estas tensiones se alivian mediante la envoltura de la hoja sobre sí misma para crear una estructura similar a una silla de montar. Si se corta el anillo, entonces se alivian las tensiones y la montura colapsará en un anillo que quedará plano, aunque con un radio más pequeño.
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