Katoenen draad is gemaakt van vele kleine vezels, elk slechts 2-3 cm lang, maar wanneer ze samen gesponnen zijn, kunnen de vezels spanning over oneindig lange afstanden overbrengen. Vanuit een natuurkundig perspectief, hoe draden en garens spanning overbrengen - waardoor ze sterk genoeg zijn om te voorkomen dat kleding uit elkaar valt - is een al lang bestaande puzzel die niet volledig wordt begrepen.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven getiteld "Waarom kleding niet uit elkaar valt:spanningsoverdracht in stapelgarens, " natuurkundigen Patrick Warren bij Unilever R&D Port Sunlight, Robin Ball aan de Universiteit van Warwick, en Ray Goldstein van de Universiteit van Cambridge hebben garenspanning onderzocht in het kader van statistische fysica. Met behulp van technieken uit lineair programmeren, ze laten zien dat de collectieve wrijving tussen vezels een vergrendelingsmechanisme creëert, en zolang er voldoende wrijving is, een willekeurig samenstel van vezels kan in principe een oneindig grote spanning overbrengen.

Hun resultaten bieden een kwantitatieve basis voor de heuristische verklaring voorgesteld door Galileo in 1638, die zich afvroeg hoe een touw zo sterk kan zijn als het van zulke kleine vezels is gemaakt. "De handeling van het draaien zorgt ervoor dat de draden elkaar op zo'n manier binden dat... wanneer het touw wordt uitgerekt... de vezels breken in plaats van van elkaar te scheiden, " schreef hij. In moderne termen, Galileo beschreef wrijving.

In de nieuwe studie de onderzoekers modelleerden het garen als een groep willekeurig overlappende vezels. De resultaten toonden aan dat, naarmate de wrijving toeneemt, een percolatie-overgang ontstaat. Zoals de onderzoekers uitleggen, deze overgang komt overeen met "een omschakeling van een 'ductiel' faalmodel waarbij het garen faalt door vezelslip... naar een 'brosse' faalmodus waarbij het faalmechanisme vezelbreuk is." Boven deze drempel de treksterkte wordt ongeveer 100 keer sterker dan voorheen.

"We begrijpen nu op een fundamenteel niveau beter hoe wrijving voorkomt dat vezelige materialen uit elkaar vallen, "Goldstein vertelde" Phys.org . "Vanuit een toegepast perspectief, we kunnen de inzichten gebruiken om het ontwerp van wasverzachters te onderbouwen, bijvoorbeeld."

In de toekomst, het model zou ook kunnen worden gebruikt om de eigenschappen van naaigaren van verschillende vezelmengsels te optimaliseren. Wanneer uitgebreid van vezels tot korrelige media, de resultaten kunnen ook toepassingen hebben voor een beter begrip van de spanningsoverdracht in zandpalen en graansilo's. In aanvulling, de onderzoekers zijn van plan de drempel nader te onderzoeken.

"We zijn van plan een langer artikel te schrijven over de aard van de 'superkritische' staat, boven de percolatie-overgang, ' zei Goldstein.

© 2018 Fys.org