Een paar onderzoekers van respectievelijk de Université Paris-Saclay, CNRS en Univ Rennes, CNRS, IPR, hebben wiskunde gebruikt om het proces te beschrijven dat betrokken is wanneer korte vezelstrengen in lange stukken garen worden gedraaid. In hun paper gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters, Antoine Seguin en Jérôme Crassous beschrijven hoe ze experimenten en simulaties gebruikten om de factoren die betrokken zijn bij het in elkaar draaien van vezels beter te begrijpen.

Mensen hebben al duizenden jaren korte vezelstrengen in elkaar gedraaid om lange strengen touw of garen te maken, en hoewel het algehele proces goed wordt begrepen, was de wiskunde erachter nogal schetsmatig. In deze nieuwe poging hebben Seguin en Crassous het probleem aangepakt met een nieuwe aanpak, waarbij zowel experimenten als simulaties zijn toegepast.

Doordat meerdere korte vezels in elkaar gedraaid zijn, raken ze verstrengeld, maar dat is natuurlijk niet genoeg om ze bij elkaar te houden. Ze houden elkaar vast vanwege de wrijving die ermee gepaard gaat. Trekken aan de uiteinden van een stuk garen dwingt de afzonderlijke strengen waarvan het is gemaakt in elkaar te duwen, waardoor de hoeveelheid wrijving en daarmee de sterkte toeneemt. Maar zijn er wiskundige regels die het proces beheersen? Wat is bijvoorbeeld het optimale aantal vezels om het sterkste garen te krijgen? Of welke mate van sterkte wordt aan het garen gegeven door de mate van wrijving tussen twee vezelstrengen?

Om deze antwoorden te vinden, voerden de onderzoekers meerdere tests uit op verschillende vezels die tot garens waren gedraaid. Ze ontdekten dat een toename van het aantal wendingen de sterkte van de vezelbinding verhoogde, maar slechts tot op zekere hoogte. Ook had elk type vezel zijn eigen breekpunt. Bij het maken van simulaties om gemakkelijker verschillende configuraties te testen, ontdekten ze ook dat er een optimale vezelradius was voor een gegeven garenlengte en dat de garensterkte werd geschaald met het exponentiële kwadraat van de draaihoek.

Bij het zoeken naar overeenkomsten ontdekten ze wat ze het Hercules-twistgetal noemen - een parameter die de krachten beschrijft die betrokken zijn bij de draaihoek, een wrijvingscoëfficiënt en de straal van het garen. Ze ontdekten ook dat dit getal in het algemeen evenredig was met het kwadraat van het aantal toegepaste wendingen, en een kritische waarde van 30 had. Ze ontwikkelden ook een formule om de optimale straalgrootte voor een bepaald type vezel weer te geven. + Verder verkennen

Onderzoekers onderzoeken 'waarom kleding niet uit elkaar valt'

© 2022 Science X Network