Физики смоделировали движение завитков

Американские физики создали математическую модель движения завитков, основанную на простом эксперименте с полоской металла, сообщает Lenta.Ru со ссылкой на работу ученых, опубликованную в журнале Physical Review Letters.

Полоска длиной 60 сантиметров и толщиной 0,1 миллиметр была предварительно свернута в катушку (спокойное состояние), а затем расправлена на поверхности (напряженное состояние). После того, как полоску отпускали, она сворачивалась в завиток. Этот процесс исследователи записывали на видеокамеру и использовали для составления модели. После того, как авторы убедились в том, что модель с достаточной точностью воспроизводит поведение металлического завитка, они смогли проводить виртуальные эксперименты с полоской неограниченной длины.

Так как каждый сегмент полоски в расправленном состоянии содержал одинаковое количество энергии, скорость движения завитка оказалась постоянной. Рост завитка во время скручивания оказался равноускоренным и зависел только от времени (L=kx^t/3, где t — время).

Считалось, что рост размера завитка при скручивании со временем должен прекратиться (он должен достичь некого естественного размера). На самом деле завиток продолжает увеличиваться не зависимо от длины полоски. Происходит это из-за того, что сила, пытающаяся сделать завиток меньше, компенсируется центробежной силой вращения (гравитация в модели не учитывалась). Причем увеличение является самоподобным, то есть все части пружины растут пропорционально.

Объекты с формой завитка широко встречаются в природе — от курчавых волос до усиков растений. Некоторые инженеры предлагают использовать завитки, образованных полосками из двух разных материалов, в качестве микроскопических моторов. Работа по моделированию их движения может им в этом помочь.