Механики описали «взрывную волну» в лентах из палочек эскимо

J.-P. Boucher et al. / Phys. Rev. Lett., 2017
Механики из Франции смоделировали распространение «взрывной волны» в ленте, составленной из палочек от эскимо. Такая лента похожа на систему из костяшек домино, и выдергивание палочки с одного из концов приводит к цепной реакции, разрушающей ленту. В своей новой работе ученым удалось установить, чем определяется такое поведение и при каких условиях его можно наблюдать. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Если собрать много палочек от эскимо, «сплести» из них правильную ленту и зафиксировать всю эту систему с обоих концов, то в такой системе за счет упругой деформации палочек можно запасти довольно большое количество энергии. При выдергивании фиксирующего элемента с одного из концов такой ленты неустойчивое равновесное состояние нарушается, крайняя палочка в ленте освобождается, выпрямляется и вылетает наружу, что приводит к возбуждению волны («cobra wave») и ее дальнейшему распространению по ленте. Такая «взрывная волна» будет распространяться по ленте до тех пор, пока не сломается один из элементов или не кончится лента. Подобное развлечение не осталось без внимания студентов из разных стран, которые пытаются «взорвать» таким образом ленту максимальной длины. На сегодняшний день рекорд длины составляет более 30 тысяч палочек.
Задача по физическому описанию такой системы была предложена студентам на международном физическом турнире в прошлом году, а механики из Парижа, вдохновившись ей, решили, что она заслуживает более детального изучения. На самом деле, исследование подобной системы интересно не только в качестве развлечения, но и для описания более серьезных научных и технических проблем, которые связаны с устойчивостью метастабильных состояний и распространением в них нелинейного волнового фронта. Например, для определения жесткости сеток или при исследовании динамики разрушения микротрубочек в клетках.
В своей работе механики сняли на высокоскоростную камеру распространение такой волны для шести различых типов палочек (разного размера и из разных видов дерева), после чего описали полученные данные с помощью относительно простой физической модели.
Распространение одиночных волн может влиять на процессы, протекающие в совершенно различных по своей природе системах. Раньше мы писали, например, про распространение волн высокой амплитуды в СВЧ-диапазоне и визуализацию ударных волн в алмазе.
Александр Дубов