Qual è la fisica dietro l'origami?
Se pieghiamo una carta e poi applichiamo pressione sulla piega appena formata, sembra che la superficie della carta subisca una deformazione permanente ma cosa è successo esattamente alla carta su scala molecolare?
Risposte
Fondamentalmente, una piega o una piega nella carta rimarrà perché la struttura delle fibre nella carta si è danneggiata irreversibilmente. Ciò accade perché la carta è piegata / compressa oltre il suo limite elastico.
Chimicamente, la carta è composta principalmente da cellulosa proveniente da fibre vegetali. È un polimero organico, che ha unità D-glucosio collegate tramite legami idrogeno. Questi legami si formano tra l'atomo di ossigeno del gruppo un-idrossile appartenente al glucosio e l'atomo di idrogeno della successiva unità di glucosio. Queste sono proprietà microscopiche della carta, ma per capire cosa succede quando pieghiamo la carta o facciamo origami, è sufficiente apprendere cosa sta succedendo macroscopicamente.
Tutti i materiali hanno quello che viene chiamato un limite elastico e una regione plastica . Il limite elastico è il punto in cui un materiale si piegherà ma tornerà comunque alla sua posizione originale senza alcun cambiamento o danno alla sua struttura. L'ulteriore deformazione del materiale oltre questo limite lo porta nella sua regione plastica. A questo punto qualsiasi cambiamento strutturale o fisico diventa permanente e la carta non tornerà alla sua forma originale.
Ogni materiale ha un limite / resa elastico e una regione plastica differenti. Immagina di tenere un foglio di carta leggermente piegato ma non di piegarlo o sgualcirlo. Le fibre vegetali che compongono la carta non avranno superato il loro limite elastico. Quindi, non appena lasci andare il foglio di carta, tornerà rapidamente al suo stato piatto originale non aumentato. Tuttavia, se dovessi arrotolare quel pezzo di carta in un cilindro e tenerlo premuto per alcuni minuti, alcune di queste fibre verrebbero spinte oltre il limite elastico che è evidente poiché non giace più piatto e si sono verificate lievi deformazioni foglio.
Ora, quando pieghi correttamente un pezzo di carta come faresti durante l'origami, le fibre vegetali lungo la piega verranno spinte nella regione plastica della carta e raggiungeranno un punto di frattura sulla linea effettiva della piega. Un esempio pratico di ciò è che se pieghi un foglio di carta, noterai che se allunghi la carta in modo uniforme su entrambi i lati della piega, la carta si strappa proprio sulla piega se non hai le forbici). La piega diventa allora un cedimento strutturale irreversibile e le fibre della carta non riacquisteranno mai il loro stato originale.
A causa del danneggiamento della sua struttura, da quel momento in poi la carta avrà questa piega. E non importa quanto tu cerchi di appiattire la piega, non tornerà mai al suo stato originale. Questo è il motivo per cui i modelli Origami mantengono continuamente la loro forma.
Le pieghe curve sono talvolta utilizzate negli origami: un esempio pratico è la scatola per patatine fritte utilizzata nei ristoranti fast food. Tuttavia, si capisce poco sulla meccanica di tali strutture. Ora, Marcelo Dias, Christian Santangelo e colleghi dell'Università del Massachusetts, Amherst e Harvard University sono i primi a sviluppare una serie di equazioni per descrivere la fisica delle strutture a piega curva. Oltre a fornire una migliore comprensione dell'origami, il team spera che il lavoro porti a materiali 3D pratici che siano sia forti che flessibili.
Santangelo e colleghi si sono concentrati su un anello perché è un esempio relativamente semplice di come una struttura 2D possa essere trasformata in un oggetto 3D creando una piega curva. Per acquisire una comprensione di base della fisica, il team ha costruito alcune selle origami di carta, da cui hanno dedotto quali proprietà fisiche sono fondamentali per comprendere la meccanica della piega curva.
Al centro della transizione da un foglio 2D a un oggetto 3D ci sono le sollecitazioni planari create nell'anello quando viene piegato. Queste sollecitazioni sono alleviate dall'avvolgimento del foglio su se stesso per creare una struttura simile a una sella. Se l'anello viene tagliato, le sollecitazioni vengono alleviate e la sella collasserà in un anello che rimarrà piatto, anche se con un raggio più piccolo.
( Fonte )