物理学者は、テープをはがすときの「ジャンプ」について説明しました

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ビデオ: 発見 シール剥がしの裏ワザ 2022, 12月
物理学者は、テープをはがすときの「ジャンプ」について説明しました
物理学者は、テープをはがすときの「ジャンプ」について説明しました
Anonim
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フランスの物理学者は、ロールから巻き戻される粘着テープの微視的な「ジャンプ」を説明する定性的モデルを開発しました。これを行うために、科学者は高速カメラで、表面に対してさまざまな角度で伸ばされたさまざまな種類の粘着テープがどのように剥がれるかを記録しました。その結果、研究者たちは、「ジャンプ」の振幅が周期の立方根に比例し、テープの端に沿って伝わる屈曲波の速度がテープの剛性に反比例することを発見しました。この記事はPhysicalReview Lettersに掲載され、Physicsによって簡単に報告されました。作品のプレプリントは、arXiv.orgのWebサイトに掲載されています。

次にテープをロールから巻き戻すときは、このプロセスが不均一であることに注意してください。ほとんどの場合、粘着テープは剥がれにくいですが、ある瞬間に突然「ジャンプ」して比較的大きな部分を巻き戻します。物理学者はこのプロセスを巨視的な滑りと呼んでいます。興味深いことに、テープが均一に剥がれているように見えても発生します。2010年、江藤武治率いる科学者のグループが高速度カメラでテープを剥がすプロセスを撮影し、巨視的な「ジャンプ」がそれぞれ小さくなっていることを発見しました。長さ約100マイクロメートルのジャンプ。さらに、テープの自由部分と接着部分を分ける線はまっすぐではありませんでした。代わりに、超音速波がテープに垂直に伝わり、それに沿って新しいピースが剥がれます。

2015年、ステファン・サントゥッチ率いる科学者のグループがこのプロセスを説明しようとしました。これを行うために、研究者はスコッチテープの最下層を固定し、それに2番目の層を接着し、モーターを使用して直角に引き剥がしました。科学者たちは、ピクセルあたり10マイクロメートルの解像度と毎秒525千フレームの周波数でカメラの引き剥がしプロセスを記録しました。その結果、物理学者は、剥離サイクルが弾性変形エネルギーによって決定されることを発見しました。弾性変形エネルギーは、周期的に蓄積され、剥離線の近くで放出されます。残念ながら、研究者はこのプロセスをモデル化して、なぜ不安定であることが判明したのかを明らかにすることができませんでした。

新しい記事で、物理学者はついにこの謎を解きました。前回と同じように、科学者たちは3M Scotch 600テープを使用しました。これは、合成アクリル接着剤の薄層で覆われた透明なポリオレフィンテープです。しかし、今回、研究者たちはさらにテープに硬質接着剤を含浸させ、テープの曲げ弾性率をほぼ2倍にすることを可能にしました。さらに、この実験では、物理学者が剥離角度、テープの長さ、剥離速度を変化させました。巻き戻し速度は毎秒1.8メートルでした。科学者は、1ピクセルあたり10マイクロメートルの解像度、1秒あたり30万フレームの周波数で、カメラで行われるすべてのプロセスを記録しました。

その結果、科学者たちは「ジャンプ」の振幅が分離の角度とテープの剛性に依存することを発見しました-しかし、これらすべての場合において、それは「ジャンプ」の期間の立方根に比例します(これは暗黙的にテープのパラメータに依存します)。自由部分と接着部分の境界に沿った「ジャンプ」の間、曲げ波は毎秒650〜900メートルの速度で流れます。したがって、分離が発生する期間は1マイクロ秒未満続きますが、相対的な休止期間は100マイクロ秒に達します。

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テープの自由端の長さの時間依存性。挿入図は、高速度カメラで撮影された代表的な画像を示しています。

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リボンのさまざまな分離角度での「ジャンプ」の振幅の周期への依存性(理論上の依存性は点線でマークされています)

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テープのさまざまな曲げ弾性率に対する「ジャンプ」の振幅の周期への依存性(理論上の依存性は点線でマークされています)

この依存性を説明するために、物理学者は、テープと粘着層の弾性変形エネルギー、システムの運動エネルギー、および接着剤の破壊の有効エネルギーをリンクする定性的な理論モデルを開発しました。大まかに言えば、このモデルでは、テープにバネが近づき、接着剤を破壊するのに十分なしきい値を超えるまでエネルギーを蓄え、その後突然解放します。テープの弾性変形エネルギーは剛性と分離角度(つまり曲率半径)に依存するため、これらのパラメーターは「ジャンプ」の振幅と自由境界に沿って進行する波の速度に影響を与えます。分離の瞬間の表面。モデルの定性的な性質にもかかわらず、それは実験データとよく一致しています。

物理学者は、素粒子、量子コンピューター、または異常な物質に関連する「深刻な」研究に常に従事しているわけではありません。時には彼らの仕事は自​​然界でより応用され、研究の対象は日常生活の中に見出されます。たとえば、2016年2月、フランスの科学者は、シャボン玉を吹き飛ばすプロセスを説明するモデルを開発し、泡の量をフレームを吹き抜ける気流の速度と直径に関連付けました。 2017年12月、米国、スウェーデン、韓国の科学者が、ラテでのミルクとコーヒーの層を詳細に調べました。同じ月に、オランダの物理学者は、部分的に水で満たされたボトルを投げることを含むトリックの最適条件を計算しました。そして2018年8月、フランスと米国の研究者は、スパゲッティを半分に分割する方法を学びました(通常、パスタは3つ以上に分割されます)。

アメリカの宇宙飛行士がダクトテープでローバーを修理した方法は、ブログ「火星、月面ローバー、スコッチテープ」で読むことができます。

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