ฟิสิกส์เบื้องหลัง origami คืออะไร?

Jan 13 2021

ถ้าเราพับกระดาษแล้วใช้แรงกดบนรอยพับที่เกิดขึ้นใหม่ดูเหมือนว่าพื้นผิวของกระดาษจะเสียรูปถาวร แต่เกิดอะไรขึ้นกับกระดาษในระดับโมเลกุล?

คำตอบ

59 josephh Jan 13 2021 at 17:30

โดยทั่วไปการพับหรือรอยพับของกระดาษจะยังคงอยู่เนื่องจากโครงสร้างของเส้นใยในกระดาษเสียหายอย่างไม่สามารถย้อนกลับได้ กรณีนี้เกิดขึ้นเนื่องจากกระดาษงอ / บีบอัดเกินขีด จำกัด ที่ยืดหยุ่น

ในทางเคมีกระดาษส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซลลูโลสจากเส้นใยพืช เป็นพอลิเมอร์อินทรีย์ซึ่งมีหน่วย D- กลูโคสเชื่อมต่อผ่านพันธะไฮโดรเจน พันธะเหล่านี้ก่อตัวขึ้นระหว่างอะตอมออกซิเจนของหมู่ไฮดรอกซิลที่เป็นของกลูโคสและอะตอมไฮโดรเจนของกลูโคสหน่วยถัดไป สิ่งเหล่านี้เป็นคุณสมบัติของกระดาษด้วยกล้องจุลทรรศน์ แต่เพื่อให้เข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อเราพับกระดาษหรือทำ Origami ก็เพียงพอแล้วที่จะเรียนรู้ว่าเกิดอะไรขึ้นในระดับมหภาค

วัสดุทั้งหมดที่มีสิ่งที่เรียกว่าขีด จำกัด ของความยืดหยุ่นและภูมิภาคพลาสติก ขีด จำกัด ยางยืดคือจุดที่วัสดุจะโค้งงอ แต่ยังคงกลับสู่ตำแหน่งเดิมโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงหรือความเสียหายต่อโครงสร้าง การเปลี่ยนรูปวัสดุที่เกินขีด จำกัด นี้จะนำไปสู่พื้นที่พลาสติก เมื่อถึงจุดนี้การเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างหรือทางกายภาพจะกลายเป็นแบบถาวรและกระดาษจะไม่กลับคืนสู่รูปแบบเดิม

วัสดุทุกชนิดมีขีด จำกัด / ผลผลิตและพื้นที่พลาสติกที่แตกต่างกัน ลองนึกภาพว่าถือกระดาษงอเล็กน้อย แต่ไม่พับหรือยับ เส้นใยพืชที่ประกอบเป็นกระดาษจะมีความยืดหยุ่นไม่เกินขีด จำกัด ดังนั้นทันทีที่คุณปล่อยแผ่นกระดาษมันก็จะกลับสู่สภาพเรียบเหมือนเดิมอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตามหากคุณต้องม้วนกระดาษเป็นทรงกระบอกและถือไว้สักสองสามนาทีเส้นใยเหล่านี้บางส่วนจะถูกดันเกินขีด จำกัด ที่ยืดหยุ่นซึ่งเห็นได้ชัดเนื่องจากจะไม่นอนราบอีกต่อไปและเกิดการเสียรูปเล็กน้อย แผ่น.

ตอนนี้เมื่อคุณพับกระดาษอย่างถูกต้องตามที่คุณทำในระหว่างการพับ Origami เส้นใยพืชตามรอยพับจะถูกดันเข้าไปในบริเวณพลาสติกของกระดาษและจะถึงจุดแตกหักที่เส้นจริงของการพับ ตัวอย่างในทางปฏิบัติคือถ้าคุณจะพับกระดาษคุณจะสังเกตได้ว่าถ้าคุณยืดกระดาษเท่า ๆ กันทั้งสองด้านของการพับกระดาษจะฉีกขาดตรงที่พับ (วิธี "ตัด" อย่างรวดเร็ว ถ้าคุณไม่มีกรรไกร) จากนั้นการพับจะกลายเป็นความล้มเหลวของโครงสร้างอย่างไม่สามารถย้อนกลับได้และเส้นใยในกระดาษจะไม่กลับคืนสู่สภาพเดิม

เนื่องจากความเสียหายต่อโครงสร้างกระดาษจึงจะพับแบบนี้ และไม่ว่าคุณจะพยายามรีดผ้าให้เรียบแค่ไหนมันก็จะไม่กลับสู่สภาพเดิม นี่คือเหตุผลที่โมเดล Origami คงรูปร่างไว้อย่างต่อเนื่อง

3 ArpitaE. Jan 13 2021 at 16:44

บางครั้งมีการใช้รอยพับโค้งใน origami ซึ่งเป็นตัวอย่างที่ใช้ได้จริงเช่นกล่องทอดแบบฝรั่งเศสที่ใช้ในร้านอาหารจานด่วน อย่างไรก็ตามไม่ค่อยมีใครเข้าใจเกี่ยวกับกลไกของโครงสร้างดังกล่าว ตอนนี้ Marcelo Dias, Christian Santangelo และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์แอมเฮิร์สต์และมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดเป็นกลุ่มแรกที่พัฒนาชุดสมการเพื่ออธิบายฟิสิกส์ของโครงสร้างรอยพับโค้ง ทีมงานหวังว่างานนี้จะนำไปสู่วัสดุ 3 มิติที่ใช้งานได้จริงทั้งแข็งแรงและยืดหยุ่น

Santangelo และเพื่อนร่วมงานให้ความสำคัญกับแหวนเพราะเป็นตัวอย่างที่ค่อนข้างง่ายว่าโครงสร้าง 2 มิติสามารถเปลี่ยนเป็นวัตถุ 3 มิติได้อย่างไรโดยการสร้างรอยพับโค้ง เพื่อให้ได้ความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับฟิสิกส์ทีมงานได้สร้างอานม้า Origami สองสามอันจากกระดาษซึ่งพวกเขาอนุมานได้ว่าคุณสมบัติทางกายภาพใดเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจกลไกของรอยพับโค้ง

หัวใจสำคัญของการเปลี่ยนจากแผ่นงาน 2 มิติเป็นวัตถุ 3 มิติคือความเค้นระนาบที่สร้างขึ้นในวงแหวนเมื่อพับ ความเครียดเหล่านี้บรรเทาลงโดยการพันแผ่นรอบตัวเพื่อสร้างโครงสร้างคล้ายอาน หากแหวนถูกตัดออกความเค้นจะลดลงและอานจะยุบลงไปที่วงแหวนซึ่งจะแบน - แม้ว่าจะมีรัศมีที่เล็กกว่าก็ตาม

( ที่มา )