I obyčejná papírová páska stočená do smyčky dokáže vědce inspirovat. To je případ japonských fyziků, kteří pozorovali, jak se smyčka chová, když ji začnou napínat a utahovat.
Tvar smyčky se v přírodě běžně vyskytuje. Najdeme jej u šroubovicových bakterií, proteinů, ale třeba také u nanomateriálů. Experiment by proto podle zúčastněných vědců mohl pomoci vysvětlit řadu fyzikálních a biologických zákonitostí, například interakce proteinů s DNA nebo vinutí popínavých rostlin po drátěných sítích.
Experiment, který prováděl Hirofumi Wada a jeho kolegové na japonské Ritsumeikan University, byl velmi jednoduchý: na papírové pásce vytvořili smyčku, oba konce upevnili, a pak pozorovali, co se s objektem bude dít, když jej budou napínat a utahovat. Tento na první pohled triviální experiment, u něhož by málokdo očekával převratný výsledek, vědce překvapil.
I když se smyčka z papírové pásky může jevit jako velmi obyčejná experimentální pomůcka, její chování je podstatně komplikovanější než třeba u smyčky vytvořené na 1D drátu. Na rozdíl od drátu má totiž páska jeden rozměr navíc, a tím je šířka. Zatímco ohnout drát do smyčky je snadné, v případě pásky je to s ohledem na její druhý rozměr o dost komplikovanější. Právě toto dodatečné omezení geometrie pásky způsobuje komplikované a na první pohled neočekávané chování smyčky.
V reálném světě mají všechna vlákna nějakou konečnou šířku, takže na první pohled nemusí být zřejmé, jestli se bude ploché dlouhé vlákno chovat spíše jako objekt 1D nebo 2D. Japonští fyzici však našli parametr, který toto určit dokáže. Je jím poměr šířky vlákna k výšce smyčky. Zjistili také, že v závislosti na počáteční konfiguraci smyčky může její utahování vyústit do tří geometrických tvarů. Smyčka se může zmenšovat, až vytvoří kličku a papír se zmačká. Mohou se však vytvořit také dva tvary, při kterých se papír neporuší, a to šroubovice a tvar, jenž připomíná puchýř („pop-out“).
Experiment vědci prováděli nesčetněkrát s mnoha tisíci pásek, aby dokázali určit, které geometrické parametry způsobí zničení papíru a které vyústí do šroubovice nebo „pop-out“. Zjistili, že chování smyčky patrně závisí na geometrii pásky, a nikoli na materiálu, z něhož je páska vyrobena.
Použité pásky vědcům slouží jako praktické zvětšené modely pro studium fyzikálních vlastností mikroskopických vláken tvořících mikroskopické smyčkové struktury. I když byly v rámci experimentu použity daleko větší struktury, než které se nacházejí v bakteriích nebo různých nanostrukturách, získané poznatky mohou být velice užitečné. Papírová páska je navíc velmi levná, lehce se s ní manipuluje a snadno se ovládá.
Vědecký tým chce experimentovat také s dalšími materiály, a tak lépe porozumět tomu, jak je geometrie mechanicky namáhané smyčky ovlivňována elasticitou toho kterého materiálu. Podobné experimenty už v současnosti provádí s pryžovou páskou.
Původní materiál byl uveřejněn v Physical Review Letters a ve Physics World.
Mohlo by vás zajímat:
Světlo
lokalizované v dosud nejmenším objemu
Nová
křídla pro letadla
Temná
energie v ohrožení?
Voda v kapilárách se chová jinak, než se předpokládalo