- إن تعلم كيفية تفاعل المواد عند ضغطها في "الإحباط الهندسي" هو وراء علم نظرية كرمبل "التجعد" ، والتي تساعد في تصميم جميع أنواع المنتجات والمواد اليومية.
- وفي هذا المقال سوف نشرح لك عزيزي القارئ ما هي نظرية كرمبل.
-
علاقة نظرية كرمبل والورقة المجعدة
-
ما الذي تشترك فيه قطعة من الورق التي يتم سحقها على شكل كرة وإلقائها في سلة مهملات ، وتشوه الواجهة الأمامية للسيارة في حالة الاصطدام ، وتشكيل القشرة الأرضية تدريجيًا الجبال على مدى ملايين السنين؟ جميعهم يخضعون لعملية فيزيائية تسمى التجعيد ، والتي تحدث عندما يجب أن تتناسب ورقة رقيقة نسبيًا من المواد - واحدة بسمك أقل بكثير من طولها أو عرضها - في منطقة أصغر. - وعلى الرغم من أنه من السهل تخيل التجعيد (نظرية كرمبل) على أنه مجرد فوضى عابرة ، فقد اكتشف العلماء الذين درسوا التكسير أنه ليس سوى ذلك.
- وعلى العكس من ذلك ،تبين أن التجعيد هو عملية متوقعة وقابلة للتكرار تحكمها الرياضيات ، وأحدث اختراق في فهمنا للتجعيد هو بحث نُشر مؤخرًا في Nature Communications ، يصف فيه الباحثون نموذجًا فيزيائيًا لما يحدث عندما تتجعد الصفائح الرقيقة وتفتح وتنكمش.
- كريستوفر ريكروفت ، مؤلف الورقة البحثية وهو أستاذ مشارك في كلية جون آل بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة هارفارد ، ورئيس مجموعة Rycroft للحوسبة العلمية والنمذجة الرياضية ، يقول: "منذ سن مبكرة أصبح الجميع على دراية بتجعيد ورقة في كرة ، وفتحها ، والنظر إلى الشبكة المعقدة من التجاعيد التي تتشكل ، وعلى السطح يبدو هذا وكأنه عملية عشوائية وغير منظمة ، وقد تعتقد أنه من الصعب التنبؤ بأي شيء على الإطلاق بشأن ما يحدث."
- كتب ريكروفت في رسالة بريد إلكتروني: "لنفترض الآن أنك كررت هذه العملية ، وجعد الورقة مرة أخرى وافتحها ، ستحصل على مزيد من التجاعيد ، ومع ذلك ، لن تضاعف الرقم ، لأن التجاعيد الموجودة بالفعل أضعفت الورقة وتسمح لها بالطي بسهولة أكبر في المرة الثانية.
-
كيف تشكلت نظرية كرمبل
-
الطول الإجمالي للتجاعيد = "الأميال" - شكلت هذه الفكرة أساس التجارب التي أجراها قبل عدة سنوات مؤلف آخر للورقة ، وهو فيزيائي سابق في جامعة هارفارد شموئيل م. روبنشتاين ، وهو الآن في الجامعة العبرية في القدس ، وطلابه.
- كما يشرح ريكروفت ، قام روبنشتاين وفريقه بتجعيد ورقة رقيقة بشكل متكرر وقاموا بقياس الطول الإجمالي للتجاعيد على الورقة ، والتي أطلقوا عليها اسم "الأميال". تم وصف هذا البحث في ورقة 2018 هذه.
- يقول ريكروفت: "لقد وجدوا أن نمو الأميال قابل للتكرار بشكل مذهل ، وفي كل مرة سيقل تراكم الأميال الجديدة قليلاً ، لأن الورقة تزداد ضعفًا بشكل تدريجي".
- أذهل هذا الاكتشاف مجتمع الفيزياء ، وأراد ريكروفت وجوفانا أ أندرييفيتش ، مرشح الدكتوراه بجامعة هارفارد ، فهم سبب سلوك الانهيار بهذه الطريقة.
-
أين يكمن سر نظرية كرمبل
-
يقول ريكروفت: "وجدنا أن طريقة إحراز التقدم لم تكن التركيز على التجاعيد نفسها ، بل النظر إلى الجوانب غير التالفة التي حددتها التجاعيد". - يُطلق على الطول الإجمالي للتجاعيد على الورقة المجعدة اسم "عدد الأميال". يؤدي التجعيد المتكرر إلى تقليل عدد الأميال الجديدة حيث يصبح الورق أضعف.
- وفي التجربة حول نظرية كرمبل تم تجعيد أوراق رقيقة من Mylar ، وهي عبارة عن غشاء رقيق يتفتت بشكل مشابه للورق ، عدة مرات ، مما أدى إلى ظهور بعض التجاعيد الجديدة مع كل تكرار ، وبين التجعدات وتم تسطيح الأوراق بعناية ومسح ملف تعريف ارتفاعها باستخدام أداة تسمى مقياس ملف التعريف.
- حيث يقوم مقياس ملف التعريف بإجراء قياسات لخريطة الارتفاع عبر سطح الورقة ، مما يسمح لنا بحساب وتصور مواقع التجاعيد باعتبارها صورة.
- ونظرًا لأن التجعيد يمكن أن يكون فوضويًا وغير منتظم ، فإنه يولد بيانات "صاخبة" يمكن أن يكون من الصعب على أتمتة الكمبيوتر فهمها.
- وللتغلب على هذه المشكلة ، قام Andrejevic بتتبع أنماط التجعد يدويًا على 24 ورقة ، باستخدام كمبيوتر لوحي و Adobe Illustrator و Photoshop. وهذا يعني تسجيل 21،110 وجهًا إجمالًا ، مثل تفاصيل مقالة نيويورك تايمز الأخيرة.
- وبفضل جهود Andrejevic وتحليل الصور ، "يمكننا النظر في توزيعات أحجام الأوجه مع تقدم التجعد".
- ووجدوا أن توزيعات الحجم يمكن تفسيرها من خلال نظرية التجزئة ، التي تنظر في كيفية تقسيم الأشياء التي تتراوح بين الصخور وشظايا الزجاج والحطام البركاني إلى قطع صغيرة بمرور الوقت.(هذه ورقة بحثية حديثة من مجلة علم الجليد تطبقها على الجبال الجليدية.)
- ويمكن لهذه النظرية (نظرية كرمبل) نفسها أن تشرح بدقة كيف تتكسر جوانب الصفيحة المجعدة بمرور الوقت مع تشكل المزيد من التجاعيد ، يمكننا أيضًا استخدامها لتقدير كيف تصبح الورقة أضعف بعد التجعد ، وبالتالي شرح كيفية إبطاء تراكم الأميال.
- وهذا يسمح لنا بشرح نتائج الأميال - والقياس اللوغاريتمي - التي شوهدت في دراسة 2018. نحن نعتقد أن نظرية التجزئة توفر منظورًا للمشكلة وهي مفيدة بشكل خاص لنمذجة تراكم الضرر بمرور الوقت.
- وإلى هنا ينتهي هذا المقال حول نظرية كرمبل.
-
- وأخيراً: إن كان لديك أي اقتراح أو ملاحظة أو إضافة أو تصحيح خطأ على المقال يرجى التواصل معنا عبر الإيميل التالي: Info@Methaal.com
لا تنس عزيزي القارئ مشاركة المقال على مواقع التواصل الاجتماعي لتعم الفائدة.
ودمتم بكل خير.