Vì sao dây thun luôn ‘quằn quại’ khi bạn búng nó đi?

Các gợn sóng đặc trưng hình thành ở các sợi dây thun sau khi chúng bị búng vào không khí vừa được nghiên cứu tỉ mỉ bởi hai nhà vật lí ở Mĩ.

Alexandros Oratis và James Bird tại Đại học Boston đã sử dụng camera tốc độ cao lần đầu tiên làm sáng tỏ cách các sợi dây thun bị kéo căng hình thành các sóng dọc khi chúng được buông ra. Sau đó hai nhà nghiên cứu đã sử dụng các quan sát của họ để lập mô hình động lực học của quá trình thả buông sợi thun và mô phỏng nó trên máy tính.

Nhiều người trong chúng ta đã quen thuộc với cái trải nghiệm vui vẻ là kéo căng một đầu sợi thun ra xa ngón tay cái và rồi buông nó ra. Ngón tay cái có vẻ như tự động tránh ra khỏi đường sợi thun bắn vào không khí. Điều này xảy ra trong khoảng 10 ms và vì thế động lực học chi phối việc kéo thả sợi thun – và cơ chế làm cho ngón tay cái “tránh đường” – có một chút gì đó bí ẩn.

Lúc mới làm nghiên cứu của họ, Oratis và Bird nhận thấy một sợi dây thun đang co lại khác với trường hợp một sợi dây đàn hồi bị kéo căng và buông ra vốn đã được nghiên cứu kĩ. Không giống một dải băng đơn giản, sợi dây thun phát triển hình dạng giọt nước mắt dát thẳng khi bị kéo căng từ ngón tay cái. Điều này có nghĩa là cả hai đầu dây thun kéo căng bị uốn cong nhiều ngay sau khi thả ra, và điều này phải được tính đến trong bất kì mô hình nào mô tả hành trạng sau đó của sợi thun.

Ngón tay cái luôn “né” được đường đi của sợi thun

Ngón tay cái luôn “né” được đường đi của sợi thun. (Ảnh: AT Oratis và JC Bird)

Các ảnh chụp camera tốc độ cao cho thấy ngay sau khi sợi thun được thả ra, một sóng ứng suất dọc bắt đầu phát triển tại đầu sau của nó – cái chưa từng được dự đoán bởi các mô hình lí thuyết trước đây. Sóng này sau đó truyền về phía trước ở một tốc độ rõ ràng – sóng này truyền nhanh hơn tốc độ chuyển động của dây thun. Hơn nữa, bước sóng của sóng đó tăng theo thời gian.

Video quay lại cũng cho thấy rõ làm thế nào ngón tay cái của người búng sợi thun tránh bị sợi thun bắn trúng. Khi sợi thun bị kéo căng, lực căng trong sợi thun được cân bằng bởi lực đẩy của ngón tay cái về phía trước. Lúc buông ra, ngón tay cái xoay tròn về phía trước và tránh ra khỏi đường đi của sợi thun.

Oratis và Bird đã sử dụng các quan sát của họ xây dựng các phương trình sóng cho các gợn sóng trong sợi thun. Mô hình của họ xét lực căng, quán tính, cũng như bề dày và độ cong của sợi thun. Các phương trình này được đưa vào các mô phỏng số lần đầu tiên tái tạo chính xác cơ chế động lực học của các sợi thun đang co lại.

Hai nhà nghiên cứu tin rằng kết quả của họ có thể giải thích tốt hơn cơ chế động lực học của nhiều hệ đa dạng, từ súng cao su ở công viên giải trí cho đến súng phân tử cấp độ nano dùng để phân phối thuốc trong cơ thể.

Nghiên cứu được mô tả trên tạp chí Physical Review Letters.

Nguồn: physicsworld.com

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Các bài khác


Nam châm siêu dẫn lập kỉ lục 45,5 tesla
17/06/2019
Các nhà khoa học vừa chế tạo được nam châm siêu dẫn mạnh nhất thế giới, có khả năng tạo ra cảm ứng từ mạnh kỉ lục
Cẩm nang thám hiểm vũ trụ (Phần 26)
17/06/2019
SỰ RA ĐỜI CỦA CÁC SAO Các sao từ đâu mà có? Câu chuyện cơ bản là giống nhau với đa số sao, kể cả câu chuyện mà chúng ta
Cẩm nang thám hiểm vũ trụ (Phần 25)
17/06/2019
Chương 5 SỰ RA ĐỜI VÀ CUỘC ĐỜI CỦA CÁC SAO Rất, rất nhiều ngôi sao khác… vô số không thể tin nổi luôn. - Galileo
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 26)
15/06/2019
Đồng hồ cát 1336 Ambrogio Lorenzetti (1290-1348) Tác giả người Pháp Jules Renard (1864-1910) từng viết rằng, “Tình yêu tựa như
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 25)
15/06/2019
Giải thích cầu vồng 1304 Abu Ali al-Hasan ibn al-Haytham (965–1039), Kamal al-Din al-Farisi (1267–khoảng 1320), Theodoric xứ Freiberg
Stephen Hawking đúng: Nghiên cứu mới cho thấy lỗ đen có thể bốc hơi
14/06/2019
Vào năm 1974, Stephen Hawking đã đưa ra một trong những dự đoán nổi tiếng nhất của ông: các lỗ đen cuối cùng sẽ bốc hơi
Vật lí học và chiến tranh - Từ mũi tên đồng đến bom nguyên tử (Phần 40)
13/06/2019
TÀU NGẦM Những tàu ngầm đầu tiên cũng đi vào hoạt động trong thời Nội Chiến. Thật ra, chiếc tàu ngầm đầu tiên đã
Vật lí học và chiến tranh - Từ mũi tên đồng đến bom nguyên tử (Phần 39)
13/06/2019
CƠ SỞ VẬT LÍ CỦA CHÂN VỊT Các chân vịt thời ấy có hai hoặc ba cánh quạt gắn với một trục quay. Khi chân vịt quay, nó

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com