Портал | Содержание | О нас | Пишите | Новости | Голосование | Топ-лист | Дискуссия Rambler's Top100

TopList Яндекс цитирования

НОВОСТИ
"РУССКОГО ПЕРЕПЛЕТА"

ЛИТЕРАТУРА

Новости русской культуры

Афиша

К читателю

Содержание

Публицистика

"Курск"

Кавказ

Балканы

Проза

Поэзия

Драматургия

Искания и размышления

Критика

Сомнения и споры

Новые книги

У нас в гостях

Издательство

Книжная лавка

Журнальный зал

ОБОЗРЕНИЯ

"Классики и современники"

"Слово о..."

"Тайная история творений"

"Книга писем"

"Кошачий ящик"

"Золотые прииски"

"Сердитые стрелы"

КУЛЬТУРА

Афиша

Новые передвжиники

Фотогалерея

Музыка

"Неизвестные" музеи

Риторика

Русские храмы и монастыри

Видеоархив

ФИЛОСОФИЯ

Современная русская мысль

Искания и размышления

ИСТОРИЯ

История России

История в МГУ

Слово о полку Игореве

Хронология и парахронология

Астрономия и Хронология

Альмагест

Запечатленная Россия

Сталиниана

ФОРУМЫ

Дискуссионный клуб

Научный форум

Форум "Русская идея"

Форум "Курск"

Исторический форум

Детский форум

КЛУБЫ

Пятничные вечера

Клуб любителей творчества Достоевского

Клуб любителей творчества Гайто Газданова

Энциклопедия Андрея Платонова

Мастерская перевода

КОНКУРСЫ

За вклад в русскую культуру публикациями в Интернете

Литературный конкурс

Читательский конкурс

Илья-Премия

ДЕТЯМ

Электронные пампасы

Фантастика

Форум

АРХИВ

Текущий

2003

2002

2001

2000

1999

Фотоархив

Все фотоматериалы


Новости
"Русский переплет" зарегистрирован как СМИ. Свидетельство о регистрации в Министерстве печати РФ: Эл. #77-4362 от
5 февраля 2001 года. При полном или частичном использовании
материалов ссылка на www.pereplet.ru обязательна.

Тип запроса: "И" "Или"

14.01.2002
14:16

"Compromat.ru" - новое в обозрении "Сердитые Стрелы Сердюченко"

14.01.2002
07:51

О новой повести Олега Павлова

14.01.2002
00:53

Российско-бразильские переговоры о сотрудничестве в космосе

14.01.2002
00:51

Завершается подготовка к работе в открытом космосе

14.01.2002
00:50

Космический календарь. 14 января

13.01.2002
22:57

Общая площадь земель, занятых под посевы генетически модифицированных растений, составляет около 50 миллионов гектар

13.01.2002
17:27

Старый Новый год наступает!

13.01.2002
15:57

Вселенная в гамма-лучах

13.01.2002
02:39

Теорфизика для малышей – 9: свитер с точки зрения материаловедения

    Итак, вернемся к нашему падающему свитеру и попытаемся понять, что заставляет его так долго "падать". Для тех, кто не в курсе дела, речь идет об интересной загадке из повседневной жизни, которую я описал в истории "Теорфизика для малышей -- 4: про механическую неустойчивость и страшную экспоненциальную функцию". Прочитайте сначала ее прежде, чем идти далее по тексту.

    Даже не зная физических тонкостей, можно, повнимательней взглянув на свитер, сразу нащупать важную мысль: между настоящим свитером и той простой механической моделькой, для которой мы получили экспоненциально быстрое падение, имеется одно существенное различие. В модельке мы рассматривали движение твердого тела, то есть тела, в котором нет никакого внутреннего движения. А ведь свитер, как мы знаем -- это сложная переплетенная "сеть". И потому даже если свитер на глаз вроде бы никуда не падает, на самом деле внутри него могут происходить мельчайшие движения и перемещения.

    Давайте посмотрим на свитер с точки зрения материаловедения. Мы привыкли, что в природе существуют твердые тела, жидкости, газы. Твердые тела -- это те, которые хорошо сопротивляются внешним воздействиям, хорошо "держат" как объем, так и форму. Жидкости сопротивляются уменьшению объема, но позволяют легко изменить свою форму. Газы не могут самостоятельно держать ни того, ни другого.

    А к какому классу можно отнести свитер? С одной стороны, он, конечно, твердое тело, но с другой стороны -- даже ребенок своими руками может изменить его объем в несколько раз, не говоря уже о сверхподдатливой форме!

    На самом деле, предметов и материалов, обладающих таким свойством -- а именно, крайней механической поддатливостью внешним воздействиям -- очень много. Это, например, бумага, любые ткани, поролон, резина, пена, зубная паста, желе и гели, растворы полимеров, жидкие кристаллы и т.д. Да что уж там говорить: к этому классу "предметов" относится практически все живые организмы, включая людей!

    Все эти вещества и тела физики классифицируют как "мягкое вещество" (в англоязычной терминологии это soft condensed matter). При этом для описания таких материалов физики стараются не использовать концепции, годящиеся для "настоящих" жидкостей или "настоящих" твердых тел, а выработать какой-то иной подход, который учел бы специфические свойства мягкого вещества.

    В чем же главное отличие мягкого вещества от обычного, "жесткого"? Вроде бы ответ очевиден из названия -- в коэффициенте жесткости. Но ответ этот грамотного исследователя не удовлетворит -- ведь проводить качественное различие на основании количественного параметра не очень разумно.

    Настоящее, принципиальное различие -- это внутренняя структура, строение мягких и жестких тел. Жесткое вещество -- это "сплошная масса" атомов или молекул. Мягкое вещество -- это "сеть", сложная (а зачастую и фрактальная) структура, в которой много пустот.

    В жестком теле упругость возникает благодаря достаточно сильному взаимодействию атомов друг с другом. В мягком теле упругость -- это преимущественно сопротивление изгибу или сминанию. Именно поэтому сплошная масса атомов может быть жесткой, а скомканная бумага или свитер (тоже ведь состоящие из атомов!) мягкими.

    Такое "несплошное", ячеистое, прерывистое строение мягкого вещества сказывается на всех его макроскопических характеристиках и приводит к эффектам, которых в жестком теле просто не может быть.

    Например, рассмотрим такой простой пример: пусть у нас есть длинный полимер, состоящий из большого числа отдельных звеньев-мономеров. Пусть он может изгибаться, как хочет, безо всякой энергии изгиба. Ясно, что при конечной температуре он свернется в клубок какого-то определенного радиуса: просто при фиксированной температуре это состояние будет обладать наибольшей энтропией (т.е. наименьшей свободной энергией). Вопрос: как зависит радиус клубка от числа звеньев? Ответ: R пропорционально N1/2. Заметьте, не N1/3, как это было бы в случае жесткого тела, состоящего из N атомов! Более того, если учесть отталкивание между перекрывающимися участками полимера, то рост радиуса с N будет еще более быстрым!

    В результате мы получаем, что у мягких веществ плотность может оказаться функцией масштаба: чем больше тело, тем меньше плотность! А это уже ничто иное, как фрактальное поведение в чистом виде.

    Фрактальность же, в свою очередь, это не только "хитрая" структура. Фрактальность влечет за собой еще и самоподобность: если мягкое тело участвует в каком-то механическом процессе, то, вглядываясь все глубже и глубже, мы будем видеть на каждом масштабе внутри этого тела похожие явления, но только разворачивающиеся на каком-то своем временном масштабе.

    Как именно зависит характерный временной масштаб от характерного пространственного масштаба (т.е. от размера той области, в которую мы всматриваемся), -- очень интересная и нетривиальная задача. Правда одно свойство этой зависимости практически универсально: эта зависимость степенная. А вот показатель может меняться от одного типа мягкого вещества к другому.

    Итак, разговаривая о необычном классе мягких материалов, к которому принадлежит и наш свитер, мы между делом уже близко подошли к разгадке. Точнее, к разгадке в моем понимании (честно говоря, я эту конкретную задачу со специалистами не обсуждал).

    Общая картина такая: когда свитер бросают на спинку стула, он сначала находится с состоянии, далеком от равновесия. Мы уже люди грамотные и понимаем, что надо иметь в виду не только равновесие свитера как целого тела, но и равновесие внутреннее: равновесие отдельных частей, отдельных сгибов, отдельных ниточек свитера друг относительно друга. Поэтому процесс прихождения в равновесие происходит сразу на многих масштабах.

    Тут, правда, вступает в силу один нюанс: приходя в состояние упругого равновесия, свитер может начать уходить из гравитационного положения равновесия, т.е. такого положения равновесия, когда сила притяжения к Земле уравновешивается реакцией опоры. В самом деле, можно представить себе, как какая-нибудь изогнутая ниточка распрямляется, при этом ее центр масс -- а благодаря трению и центр масс всего свитера -- смещается, что приводит к возникновению дополнительной скатывающей силы. И потому может статься так, что через некоторое время центр масс ушел из-под опоры достаточно далеко. И если это произошло, начинается процесс быстрого, необратимого соскальзывания.

    На самом деле, тут пока объяснено еще не все. В простом свитере таится много тайн! Одна из них была то, что свитер -- мягкое тело (как бы ни тривиально это звучало!). Насколько я понимаю, есть и другое свойство свитера, которое крайне важно для подмеченного мною процесса "замедленного падения". Это свойство -- самоорганизующаяся критичность релаксирующего свитера.

    Но про это -- в следующей истории. А пока, для закрепления материала, даю ссылку на свою заметку Жидкость с памятью про самоподобное поведение другого мягкого материала -- гелевой пасты.

    Обозрение "Теорфизика для малышей"

Выскажите свое мнение на:

13.01.2002
00:28

Шон О'Киф посетил центр имени Лэнгли

13.01.2002
00:24

Израильский министр посетил индийский космический центр

13.01.2002
00:23

Гравитационный эксперимент завершен

13.01.2002
00:22

Росавиакосмос намерен обсудить с НАСА изменения в планах строительства МКС

13.01.2002
00:21

Эль-Ниньо возвращается

13.01.2002
00:19

Космический календарь. 13 января

12.01.2002
23:03

Разрешены испытания модифицированных насекомых

12.01.2002
12:37

Фашизм в Москве - свидельство очевидца

12.01.2002
11:38

Главного конструктора помнят космодромы

12.01.2002
11:37

В первом квартале Россия запустит пять спутников

12.01.2002
11:36

"Одиссей" завершил процесс аэродинамичексого торможения

<< 2311|2312|2313|2314|2315|2316|2317|2318|2319|2320 >>

НАУКА

Новости

Научный форум

Почему молчит Вселенная?

Парниковая катастрофа

Хронология и парахронология

История и астрономия

Альмагест

Наука и культура

2000-2002
Научно-популярный журнал Урания в русском переплете
(1999-200)

Космические новости

Энциклопедия космонавтика

Энциклопедия "Естествознание"

Журнальный зал

Физматлит

News of Russian Science and Technology

Научные семинары

НАУЧНЫЕ ОБОЗРЕНИЯ

"Физические явления на небесах"

"TERRA & Comp"

"Неизбежность странного микромира"

"Биология и жизнь"

ОБРАЗОВАНИЕ

Открытое письмо министру образования

Антиреформа

Соросовский образовательный журнал

Биология

Науки о Земле

Математика и Механика

Технология

Физика

Химия

Русская литература

Научная лаборатория школьников

КОНКУРСЫ

Лучшие молодые
ученые России

Для молодых биологов

БИБЛИОТЕКИ

Библиотека Хроноса

Научпоп

РАДИО

Читают и поют авторы РП

ОТДЫХ

Музеи

Игры

Песни русского застолья

Народное

Смешное

О НАС

Редколлегия

Авторам

О журнале

Как читать журнал

Пишут о нас

Тираж

РЕСУРСЫ

Поиск

Проекты

Посещаемость

Журналы

Русские писатели и поэты

Избранное

Библиотеки

Фотоархив

ИНТЕРНЕТ

Топ-лист "Русского переплета"

Баннерная сеть

Наши баннеры

НОВОСТИ

Все

Новости русской культуры

Новости науки

Космические новости

Афиша

The best of Russian Science and Technology

 

 


Если Вы хотите стать нашим корреспондентом напишите lipunov@sai.msu.ru

 

Редколлегия | О журнале | Авторам | Архив | Ссылки | Статистика | Дискуссия

Галерея "Новые Передвижники"
Пишите

© 1999, 2000 "Русский переплет"
Дизайн - Алексей Комаров

Русский Переплет
Rambler's Top100 TopList