RSS
وبینارهای شاخه فیزیک آماری انجمن فیزیک ایران هشتمین کنفرانس فیزیک ریاضی ایران کنفرانس فیزیک ایران ۱۴۰۳ پنجمین کنفرانس ملی اطلاعات و محاسبات کوانتومی وبینار ماهانه شاخه فیزیک محاسباتی انجمن روز فیزیک دانشگاه تهران ۱۴۰۳ هشتمین کنفرانس پیشرفت‌های ابررسانایی و مغناطیس کارگاه مجازی هوش مصنوعی و طراحی سئوال نهمین گردهمایی منطقه‌ای گرانش و ذرات شمال شرق کشور
سومین نمایشگاه کاریابی فیزیک‌پیشگان ایران ۱۴۰۳
گردهمایی سراسری فیزیک ایران ۱۴۰۳ همایش گرانش و کیهان شناسی ۱۴۰۳ هفدهمین کنفرانس ماده چگال انجمن فیزیک ایران پانزدهمین کنفرانس فیزیک ذرات و میدان‌ها
فشرده كردن قطعه‌ي لاستيكي سوراخدار، سفتي آن را در جهت عمود بر فشردگي در بازه‌ي وسيعي تغيير مي‌دهد.
يك ماده‌ي جديد، كشساني قابل تنظيم دارد. پژوهشگراني كه آن را ساخته‌اند، به سادگي با فشرده كردن ماده‌ي لاستيكي در شدت‌هاي متفاوت، توانستند سفتي (stiffness) آن را در جهت عمود بر فشردگي در بازه‌اي گسترده به طور قابل پيش‌بيني تغيير دهند. اين ماده، قطعه‌اي شامل دو دسته حفره با اندازه‌هاي متفاوت است. چنين ماده‌ي «برنامه پذيري» مي‌تواند كاربردهايي در رباتيك، اندام‌هاي مصنوعي پزشكي يا كفش‌هاي معمولي داشته باشد.
«مواد هوشمند» ويژگي‌هايي دارند كه در پاسخ به تغييرات محيطشان مي‌توانند عوض شوند. به عنوان مثال، محققان تضعيفگرهاي ارتعاشيِ (vibration dampers) قابل تنظيمي را براي وسايل نقليه و محافظت از ساختمان‌ها در برابر زلزله ساخته‌اند. عملكرد اين ابزارها بر اساس تغيير سفتي و در نتيجه تغيير فركانس ارتعاشاتي است كه جذب مي‌كنند. اما در آنها معمولاً از مواد پيزوالكتريك استفاده مي‌شود كه براي تغيير ويژگي‌هايشان نيازمند ميدان الكتريكي هستند. فناوري كاملاً مكانيكي كه متكي به نيروي الكتريكي نباشد، احتمالاً ارزان‌تر و قوي‌تر خواهد بود.
باستين فلوريجن (Bastian Florijn) و همكارانش در دانشگاه ليدن (Leiden) در هلند، چنين ساختاري را ساخته و امتحان كرده‌اند. اين مثالي از ماده‌ي موسوم به شبه ماده است- يعني ماده‌اي كه ويژگي‌هاي آن به جاي اينكه ناشي از تركيبات سازنده‌اش باشد به ساختار ماكروسكوپيكش بستگي دارد. سابقاً شبه ماده‌هاي مكانيكي در ساخت تضعيفگرهاي صوتي كه با اندكي فشار روشن و خاموش مي‌شدند [1]، يا در «شنل هاي نامحسوس كننده» كه مي‌توانستند وجود جسمي را كه پشت آنها قرار مي‌گرفت پنهان كنند[2]، استفاده مي‌شدند. اما اين ماده‌ي جديد به جاي اينكه فقط به سادگي بين دو وضعيت روشن و خاموش قرار بگيرد، داراي انواعي از ويژگي‌هاي مكانيكي است.
فلوريجن و همكارانش، قطعه‌اي از لاستيك سيليكوني به ضخامت mm 35 ساختند و در آن دو رديف سوراخ با قطرهايي متغير بين mm 7 تا mm 10 ايجاد كردند به طوري كه هر سوراخ بزرگ با چهار سوراخ كوچك احاطه مي‌شد و برعكس. در آزمايش آنها، تيم پژوهشي سفتي را در يك جهت از صفحه (آن را y بناميم) با اندازه‌گيري دقيق مقدار فشردگي يا «محدود كردنِ confining» صفحه در جهتي ديگر (x) كنترل كردند. آنها به ازاء محدوديت ثابت در جهت x، رابطه‌ي بين نيرو (تنش stress) و تغيير شكل (كرنش strain) در جهت y را اندازه گرفته و نشان دادند كه شكل اين منحني قوياً تحت تاثير ميزان محدوديت است.
در آزمايش اين گروه، همينطور كه نيروي y به آهستگي صفحه را مي‌فشرد، سوراخ‌هاي بزرگ يا در راستاي x يا در راستاي y پهن شده و دسته‌هاي سوراخ‌هاي كوچك در جهت عمود بر آن پهن مي‌شدند. با افزايش فشار در راستاي y، جهت اين پهن شدگي، بعضي وقت‌ها به طور ناگهاني، مي توانست از x به y يا از y به x عوض شود كه سفتي را تغيير مي‌داد. پس از رسيدن به وضعيت بيشترين فشردگي در جهت y، با پيروي از روش هاي استاندارد، گروه فرآيند معكوس را اجرا كرده و فشار را به آهستگي كم كرد تا ببيند آيا منحني تنش-كرنش در هر دو جهت يكسان خواهد بود يا خير.
پنير سوئيسي قابل كنترل. سفتيِ اين قطعه سيليكوني در جهت عمودي، به نيروي فشرنده‌اي كه در جهت افقي به آن وارد مي‌شود بستگي دارد (فيلم زير را ببينيد).
قطعه به تدريج در جهت عمودي تا بيشينه‌اي در حد 12% از كل ارتفاعش فشرده مي‌شود، در حالي كه فشردگي افقي، (مقيد است) در 15% از پهنا (كه محدوديتي ندارد) ثابت باقي بماند. در حدود نصف بيشينه فشردگي، جايي كه جهت سوراخ‌هاي فشرده عوض مي‌شود، سفتي ناگهان افت مي‌كند (دقيقه‌ي 03 از فيلم). اتفاق مشابهي در حين فرآيند معكوس با فشردگيِ اندكي كمتر رخ مي‌دهد (دقيقه 11 از فيلم)، كه نشان مي‌دهد اين ميزان از محدوديت افقي منجر به رفتار هيسترزيس (Hysteresis) مي‌شود (فيلم 20 مرتبه سريع‌تر شده است).
پژوهشگران به چهار نوع رفتار پي بردند: با محدوديت كم يا بدون محدود كردن در جهت x، ميزان تغيير شكل در جهت y به طور هموار با نيروي اعمال شده افزايش مي‌يافت. به ازاء محدوديت‌هاي بزرگتر، يك كينك (kink) در منحني تنش-كرنش به وجود مي‌آمد و آن را غيرخطي مي‌كرد. با افزايش محدود كردن، منحني رفتار هيسترزيس نشان مي‌داد- رفتاري حتي غيرخطي‌تر به طوري كه منحني‌هاي رفت و برگشت با هم تطابق نداشتند. در اين حالت، ماده مي توانست به جاي اينكه خيلي ساده مانند يك فنر انرژي را در خود ذخيره كند، آن را جذب و (با توليد اندكي گرما) آزاد كند. نهايتاً، به ازاء محدوديتِ باز هم بيشتر در جهت x، منحني دوباره كاملاً هموار مي‌شد. فلوريجن و همكارانش همين رفتار را در شبيه‌سازي‌هاي عددي از صفحه‌ي لاستيكي دو بعدي با طرحواره‌ي يكساني از سوراخ‌ها مشاهده كردند.
فلوريجن مي‌گويد، مي‌توان تصور كرد كه با استفاده از اين ماده در پاي يك ربات «آن را بسته به سطح زمين، از حالت فنري‌تر به سخت‌تر تغيير دهيم». يا مي‌توان سپر ماشيني ساخت كه «انرژي زيادي را در جريان يك تصادف آزاد كند اما بعد از آن به راحتي به شكل و استحكام اوليه‌اش برگردد».
مارتين وِجِنر (Martin Wegener) از موسسه فناوري كارلزروهه (Karlsruhe) در آلمان كه ساختار شبه ماده‌ي ديگري را ساخته است، اين كار را «گامي رو به جلو در كنترل شبه ماده‌هاي مكانيكي» مي نامد. او مي‌گويد، كارهاي پيشين اغلب بر ويژگي‌هاي خطي درست مثل يك فنر ساده متمركز بود. اما در اينجا ماده مي‌تواند رفتار غيرخطي داشته باشد كه كاربردهايي مانند جذب شوك را امكان‌پذير مي‌سازد. وجِنر «انتظار دارد اين مقاله انگيزه‌اي براي كارهاي بعدي روي ساختارهاي مشابه شود».
اين تحقيق در Physical Review Letters چاپ شده است.
منبع
Holey Rubber Slab Has Controllable Stiffness
مرجع‌ها
نویسنده خبر: مریم ذوقی
آمار بازدید: ۳۳۷
ارجاع دقیق و مناسب به خبرنامه‌ی انجمن بلا مانع است.»
Server:
Iran (45.82.138.40)
