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柔软物质和液体

柔软物质和液体

气球突发接近声速

03 Nov 2015 哈米什约翰斯顿
慢动作:单个狭缝和多个碎片

爆裂气球是良好的乐趣,但也有一些迷人的物理潜伏在气球的织物如何撕裂。法国的两个物理学家使用高速相机研究了爆破过程,并发现了一个突出的气球通胀中存在临界点,其中它会在突发时产生美丽的花样图案。该研究可以提高我们对患有高压力程度的材料失败的理解。

法国艺术家 雅克Honvault. 以他的高速摄影图像而闻名,包括在突然出现后的气球碎片的壮观镜头。这种花样的图像着迷于物理学家 SébastienMoulinet. 在巴黎的écolenormalesupérieure中,因为碎片图案与裂缝的图案非常相似,当玻璃如锤子撞击时可以形成的裂缝。

吹泡泡

试图理解为什么这些模式发生,moulinet和 Mokhtar adda-bedia 通过迫使空气进入乳胶膜的气球,该胶囊在圆形孔上拉伸 - 一种方法,类似于吹肥皂泡的过程。然后,它们使用高速摄像头(参见视频和图像)以每秒60,000帧拍摄的破裂过程。

在它们的一些实验运行中,气球填充到相对较低的内部气压,然后用手术刀的尖端刺穿。在这些情况下,由刀片制成的狭缝简单地作为气囊爆裂膨胀,留下一块乳胶,只需一个狭缝。

y形裂缝

然而,当气球被充气到(或附近)时,事情发生了显着变化。在这些情况下,初始狭缝开始膨胀,但随后会突然分成两个裂缝,在角度上脱落以创建一个“Y”形状。然后将这些裂缝进行类似的分裂,并且该过程持续直到球囊被切碎成多个手指状片。

为了了解爆破过程,研究人员看着由四种不同厚度的乳胶制成的气球,并且还可以改变气球充气的程度 - 后者与胶乳膜中的张力有关。他们发现关键参数是材料内的应力 - 张力与胶乳厚度的比率。当应力高于临界值的约1.8MPa时,球囊将片段。低于这个临界值,气球将在一个狭缝中崩溃。

声音的速度

Moulinet和Adda-Bedia认为,在低应力值下,裂缝通过材料相对缓慢地移动,使压力缓解。然而,较高的应力值对应于更快的裂缝传播速度。物理学家认为临界应力值对应于以其最大速度移动的裂缝。这是约570米/秒的测量,这两个物理学家认为可能是乳胶膜中的声速。因为裂缝可以移动得更快,所以通过产生两个裂缝来缓解应力。

Moulinet告诉 physicsworld.com. that he was “快乐,惊讶能够复制鸿沟’在实验室中的爆裂气球”。他还指出,该研究可以帮助科学家了解材料在压力下的失败。 Moulinet和Adda-Bedia现在仔细看看裂缝分开的裂缝,特别是裂缝之间的角度。

该研究描述于 物理评论信.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者