Geometri, bukan daya kompleks, menentukan cara sekumpulan rasuk anjal termampat akan berkelakuan. Apabila sekumpulan rasuk anjal nipis, seperti bulu berus gigi atau rumput, dimampatkan secara menegak, bahagian individu itu bengkok dan berlanggar, menghasilkan corak. Kini, eksperimen dan model komputer menunjukkan cara geometri asas mengawal cara susunan berkembang dalam corak ini. Penemuan ini boleh membantu dalam penciptaan bahan fleksibel dan dalam mengkaji interaksi antara struktur semula jadi yang fleksibel dalam benda hidup, seperti helai DNA.
Kelakuan satu membran, seperti cakera nipis fabrik polistirena, kertas renyuk, atau pun lada benggala, sering menjadi pusat kajian lenturan dan pemusingan. Walau bagaimanapun, beberapa model telah cuba untuk menerangkan dinamik koleksi banyak objek anjal.
Ousmane Kodio, seorang ahli matematik gunaan di Massachusetts Institute of Technology, bermotivasi untuk mengkaji susunan dalam rasuk elastik selepas memerhati bagaimana insang cendawan kering membengkok dan membentuk corak apabila dimampatkan. Menurut Kodio, kami benar-benar berminat untuk mempelajari cara sekumpulan sinar berinteraksi dan dalam susunan bagaimana interaksi ini terhasil.
Untuk mengkaji kemunculan ketertiban, Kodio dan rakan-rakannya memasang 54 rasuk plastik fleksibel secara menegak, tinggi 1,6 mm dan tebal 26 mm, di antara dua plat mendatar.
Sinar berbentuk reben hanya boleh bergerak ke kiri atau kanan. Pincang kanan atau kiri awal yang kecil digunakan pada setiap rasuk pada permulaan setiap larian percubaan untuk memastikan rawak. Sisihan ini ditentukan dengan melambungkan syiling. Kemudian, sebagai hasil daripada pemampatan plat, rasuk bengkok dan bersentuhan antara satu sama lain.
Bilangan rasuk lentur dalam setiap arah telah dikira oleh penyelidik untuk menentukan susunan pada bila-bila masa semasa pemampatan. Setiap rasuk diberi nombor; -1 untuk lenturan kiri dan +1 untuk lenturan kanan.
Dengan purata nombor ini dan kemudian mengambil nilai mutlaknya, mereka mentakrifkan ukuran tertib yang boleh berjulat daripada 0, yang sepadan dengan lenturan rasuk dalam arah rawak, hingga 1, yang sepadan dengan lenturan semua rasuk dalam arah yang sama.
Selain itu, Kodio dan rakan sekerja melakukan simulasi berangka di mana mereka mengubah beberapa faktor, termasuk pekali geseran, bilangan rasuk meningkat kepada 300, dan jarak antara rasuk. Bertentangan dengan ramalan, tiada satu pun daripada perubahan ini mempunyai kesan yang ketara terhadap cara pesanan itu muncul.
Nisbah ketinggian rasuk tidak termampat kepada ketinggian rasuk termampat muncul sebagai penentu utama tertib menaik dengan mampatan.
Model matematik yang dicipta oleh pakar juga membolehkan mereka meramalkan berapa banyak susunan yang akan ada pada pelbagai tahap mampatan. Model meramalkan, sebagai contoh, rasuk akan mempunyai susunan 30 apabila dimampatkan kepada kira-kira 0,6% ketinggiannya, bermakna kebanyakannya akan membengkok dengan cara yang sama.
Para penyelidik melihat beberapa fenomena yang kelihatan mengawal kemunculan susunan dalam kedua-dua ujian dan simulasi. "Lubang" ialah kawasan di mana rasuk mewujudkan jurang antara jiran yang membongkok ke arah bertentangan, berbanding dengan "kelompok", iaitu kawasan di mana banyak rasuk menekan antara satu sama lain. Arman Guerra, ahli pasukan dan pelajar PhD di Universiti Boston, menjelaskan bahawa apabila timbunan dan lubang bersentuhan, timbunan mengalir ke dalam lubang.
Para penyelidik secara berseloroh memanggil proses ini "kepupusan lubang tindanan," dan mereka mendapati bahawa ia juga boleh digunakan untuk mencirikan susunan sistem, kerana tindanan dan lubang mengganggu penjajaran rasuk.
Keterbatasan kajian ini diakui oleh penyelidik. Sebagai contoh, mereka tidak mengambil kira situasi yang melibatkan pembungkusan yang sangat padat di mana geseran boleh menjadi lebih penting. Selain itu, mereka tidak meneliti senario pengisihan rasuk yang lebih kompleks, seperti rambut kulit kepala, di mana hanya satu hujung setiap rasuk anjal dipasang dan boleh bergerak ke lebih daripada satu arah.
Untuk mengesahkan lagi ramalan simulasi berangka, Harold Park, seorang profesor kejuruteraan mekanikal di Universiti Boston yang tidak terlibat dalam kajian itu, mencadangkan bahawa eksperimen masa depan termasuk geseran yang boleh dikawal antara rasuk. Menurut Park, kebaharuan kaedah itu membenarkan kekurangan geseran boleh laras dalam eksperimen semasa. Ahli matematik gunaan Dominic Vella dari Universiti Oxford di England kagum bagaimana kumpulan itu menghasilkan rancangan yang begitu mudah. Vella berkata apabila anda mula-mula melihat topik itu, "Tuhan, bagaimana anda boleh mengatakan sesuatu yang berguna mengenainya?" Dia berkata anda mungkin berfikir. Kemudian anda sedar betapa pentingnya matematik.
Sumber: physics.aps.org/articles/v16/54
Günceleme: 04/04/2023 17:01