Qual é a física por trás do origami?

Question

Se dobrarmos um papel e, em seguida, aplicarmos pressão no vinco recém-formado, parece que a superfície do papel obtém uma deformação permanente, mas o que exatamente aconteceu com o papel em escala molecular?

Answer 1

Basicamente, uma dobra ou vinco no papel permanecerá porque a estrutura das fibras do papel ficou irreversivelmente danificada. Isso ocorre porque o papel está dobrado / comprimido além de seu limite elástico.

Quimicamente, o papel é composto principalmente de celulose de fibras vegetais. É um polímero orgânico, que possui unidades de D-glicose conectadas por ligações de hidrogênio. Essas ligações se formam entre o átomo de oxigênio do grupo um-hidroxila pertencente à glicose e o átomo de hidrogênio da próxima unidade de glicose. Essas são propriedades microscópicas do papel, mas para entender o que acontece quando dobramos o papel ou fazemos Origami, é suficiente aprender o que está acontecendo macroscopicamente.

Todos os materiais possuem o que se denomina limite elástico e região plástica . O limite elástico é o ponto no qual um material se dobrará, mas ainda assim retornará à sua posição original sem qualquer alteração ou dano à sua estrutura. Deformar ainda mais o material além deste limite leva-o à sua região plástica. Nesse ponto, quaisquer mudanças estruturais ou físicas tornam-se permanentes e o papel não retornará à sua forma original.

Cada material tem um limite / rendimento elástico e região plástica diferentes. Imagine segurar um pedaço de papel ligeiramente dobrado, mas sem dobrá-lo ou vincá-lo. As fibras vegetais que compõem o papel não terão ultrapassado seu limite elástico. Portanto, assim que você soltar a folha de papel, ela retornará rapidamente ao seu estado plano original sem amassados. No entanto, se você enrolar esse pedaço de papel em um cilindro e segurá-lo por alguns minutos, algumas dessas fibras serão empurradas para além do limite elástico que é evidente, pois não ficará mais plano e ligeiras deformações ocorreram neste Folha.

Agora, quando você dobra corretamente um pedaço de papel como faria durante o Origami, as fibras da planta ao longo da dobra serão empurradas para a região plástica do papel e chegarão a um ponto de fratura na linha real da dobra. Um exemplo prático disso é se você fosse dobrar um pedaço de papel, você notaria que se esticar o papel uniformemente em ambos os lados da dobra, o papel rasgará bem na dobra (uma maneira rápida de "cortar" o papel se você não tiver tesouras). A dobra então se torna uma falha estrutural irreversivelmente e as fibras do papel nunca mais recuperam seu estado original.

Por causa dos danos à sua estrutura, o papel passará a ter essa dobra. E não importa o quanto você tente nivelar a dobra, ela nunca retornará ao seu estado original. É por isso que os modelos Origami mantêm continuamente sua forma.

Answer 2

Os vincos curvos às vezes são usados ​​no origami - um exemplo prático é a caixa de batata frita usada em restaurantes de fast food. No entanto, pouco se sabe sobre a mecânica de tais estruturas. Agora, Marcelo Dias, Christian Santangelo e colegas da University of Massachusetts, Amherst e Harvard University são os primeiros a desenvolver um conjunto de equações para descrever a física de estruturas curvas-vincadas. Além de fornecer uma melhor compreensão do origami, a equipe espera que o trabalho leve a materiais 3D práticos que sejam fortes e flexíveis.

Santangelo e seus colegas se concentraram em um anel porque é um exemplo relativamente simples de como uma estrutura 2D pode ser transformada em um objeto 3D criando um vinco curvo. Para obter uma compreensão básica da física, a equipe construiu algumas selas de origami de papel - a partir das quais deduziram quais propriedades físicas são essenciais para a compreensão da mecânica do vinco curvo.

No centro da transição de uma folha 2D para um objeto 3D estão as tensões planas criadas no anel quando ele é dobrado. Essas tensões são aliviadas pelo enrolamento da folha em torno de si mesma para criar uma estrutura semelhante a uma sela. Se o anel for cortado, as tensões serão aliviadas e a sela se transformará em um anel que ficará plano - embora com um raio menor.

( Fonte )