Годы тщательных экспериментов окупились для исследователей, стремящихся объединить физику, которая определяет материалы, переходящие из твердых тел в жидкости. Исследователи заявили, что новая теоретическая модель может помочь в разработке новых синтетических материалов, а также информировать и прогнозировать проблемы гражданского строительства и окружающей среды, такие как оползни, прорывы плотин и лавины.

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

"Поведение жидкостей с пределом текучести традиционно определялось попыткой объединить физику двух разных типов материалов: твердых тел и жидкостей", - сказал ведущий автор Крутарт Камани, аспирант кафедры 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".

Для разработки этой модели команда провела многочисленные исследования, в ходе которых различные мягкие материалы подвергались воздействию различных напряжений при измерении индивидуальных деформационных реакций, подобных твердым и жидким, с помощью устройства, называемого реометром.

"Мы смогли наблюдать за поведением материала и видеть непрерывный переход между твердым и жидким состояниями", - сказал Роджерс, который также является сотрудником Института передовых наук и технологий Бекмана в США. "Все традиционные модели описывают резкое изменение поведения от твердого к жидкому, но мы смогли разрешить два различных поведения, которые отражают рассеивание энергии с помощью твердых и жидких механизмов".

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

"Существующие модели требуют больших вычислительных затрат, и исследователям приходится бороться с цифрами, чтобы расчеты были как можно более точными", - сказал Роджерс. "Наша модель проста и более точна, и мы показали это с помощью многих экспериментов, подтверждающих концепцию".

Исследователи заявили, что комплексные исследования текучести жидкостей являются актуальной темой для тех, кто исследует геофизические потоки, рекультивацию отходов и промышленные процессы, такие как разработка новых материалов, 3D-печать и минимизация затрат на транспортировку отходов. "Наша модель определяет базовый пример поведения твердого тела в жидкости, но я думаю, что она послужит отправной точкой для исследователей, чтобы добиться значительного прогресса в определении более сложных явлений текучести при растяжении".

ИСТОЧНИК