Единая теория объясняет, как материалы превращаются из твердых тел в жидкости

Годы кропотливых экспериментов окупились для исследователей, стремящихся унифицировать физику, определяющую материалы, переходящие от твердых тел к жидкостям. Исследователи заявили, что новая теоретическая модель может помочь в разработке новых синтетических материалов, а также в информировании и прогнозировании проблем гражданского строительства и окружающей среды, таких как оползни, прорывы плотин и лавины.

Единая теория объясняет, как материалы превращаются из твердых тел в жидкости

Исследование, проведенное профессором химической и биомолекулярной инженерии Университета Иллинойса в Урбане-Шампейн Саймоном Роджерсом, раскрывает унифицированное математическое выражение, которое определяет, как мягкие, но жесткие материалы переходят из твердого тела в поток жидкости, когда они превышают свой удельный порог напряжения. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

«Поведение жидкостей с пределом текучести традиционно определялось попыткой объединить физику двух различных типов материалов: твердых тел и жидкостей», — сказал ведущий автор Крутарт Камани, аспирант химической и биомолекулярной инженерии в Иллинойсе. «Но теперь мы показали, что эти физические состояния — твердое и жидкое — могут существовать вместе в одном и том же материале, и мы можем объяснить это с помощью одного математического выражения».

Чтобы разработать эту модель, команда провела многочисленные исследования, в которых различные мягкие материалы подвергались нагрузкам, измеряя при этом индивидуальные твердоподобные и жидкоподобные реакции на деформацию с помощью устройства, называемого реометром.

«Мы смогли наблюдать за поведением материала и увидеть непрерывный переход между твердым и жидким состояниями», — сказал Роджерс, который также является филиалом Института передовых наук и технологий им. Бекмана в Университете штата Айленд. все описывают резкое изменение поведения от твердого к жидкому, но мы смогли определить два различных поведения, которые отражают диссипацию энергии через твердые и жидкие механизмы».

В исследовании сообщается, что эта разработка дает исследователям простую модель для работы, упрощая выполнение крупномасштабных расчетов, подобных тем, которые необходимы для моделирования и прогнозирования катастрофических событий, таких как оползни и лавины.

Источник — aobe.

Актуальные новости России и мира