Fizyka odrywania
Badając rzeczy przyziemne można czasem uzyskać bardzo użyteczne rezultaty. Międzynarodowy zespół naukowców rozwiązał niedawno zagadkę, dlaczego taśma klejąca rwie się w określony sposób. Dokonane odkrycie ma znaleźć ważne zastosowanie w dziedzinie mikro- i nanotechnologii. Opisana poniżej sytuacja znana jest na pewno każdemu. Kiedy pakujemy prezent, jedną ręką przyciskamy papier, by nie odwinął się, drugą zaś próbujemy oderwać kawałek taśmy klejącej. Okazuje się, że ostatni kawałek - kiedy wszystko jest już prawie gotowe - odrywa się jako cieniutka tasiemka, a my nerwowo próbujemy znaleźć paznokciem koniec taśmy na rolce, usiłując jednocześnie nie dopuścić do rozpakowania się prezentu. Może to niewiarygodne, ale ten frustrujący przypadek stanowi obecnie przedmiot poważnych badań prowadzonych przez naukowców z francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych (CNRS), chilijskiego Uniwersytetu w Santiago oraz amerykańskiego Massachusetts Institute of Technology (MIT). Badanie, wyjaśniające mechanizmy fizyczne leżące u podstaw zjawiska nazwanego przez naukowców "problemem tapety", opisano w czasopiśmie "Nature Materials". "Chcę wyremontować sypialnię, więc zdzieram tapetę ze ściany. Chcę, żeby tapeta oderwała się równo na całej powierzchni aż do podłogi, tymczasem odrywa się fragment w kształcie trójkąta i trzeba wszystko zaczynać od nowa" - tłumaczy Pedro Reis, jeden z autorów artykułu i wykładowca matematyki stosowanej na MIT. W celu lepszego poznania tego zjawiska naukowcy skonstruowali system pozwalający przeprowadzać kontrolowane eksperymenty z odrywaniem. Do podłoża przyklejana jest lepka folia lub taśma klejąca z dwoma nacięciami tworzącymi "język", za który można pociągnąć. Naukowcy zarejestrowali kształty oderwanych fragmentów materiału oraz siły mechaniczne dla taśm o różnych właściwościach klejących i mechanicznych. Ustalono, że kształt oderwanego fragmentu taśmy jest zwykle trójkątny. Naukowcy określili ponadto, w jaki sposób przebiega odrywanie. Podczas ciągnięcia za taśmę, w zagięciu powstającym w miejscu odrywania taśmy od podłoża gromadzi się energia. Taśma może oddać tę energię na dwa sposoby - odrywając się od podłoża lub zwężając się. Naukowcy wyróżnili trzy naturalne właściwości lepkich materiałów: elastyczność, energię klejenia (jak mocno klej wiąże się z podłożem) oraz energię pękania (jak trudno jest rozedrzeć materiał). Sformułowali wzór pozwalający scharakteryzować jedną z tych właściwości przy pomocy pozostałych dwóch i prostego pomiaru kąta między bokami trójkąta. Oczekuje się, że rezultaty badania będą mieć istotne znaczenie dla inżynierii materiałowej. Dzięki nim inżynierowie będą mogli obliczyć jedną z trzech właściwości znając pozostałe dwie. Szczególnie przydatne mogą okazać się w tworzeniu ultracienkich warstw stanowiących podstawowy element wielu systemów w skali mikro lub nano. Z warstwami tymi - o właściwościach, którymi bardzo trudno manipulować - mamy do czynienia na co dzień - stosowane są w czujnikach uderzenia w poduszkach powietrznych oraz mikrozwierciadłach w projektorach wideo drugiej generacji.
Kraje
Francja, Stany Zjednoczone