கணிதத்தைப் பயன்படுத்தி சுழலும் மாற்றத்தை விவரித்தல்

Universit’e Paris-Saclay, CNRS மற்றும் Univ Rennes, CNRS, IPR ஆகியவற்றின் ஆராய்ச்சியாளர்கள், சிறிய இழைகளை நீண்ட நீளமான நூலாக முறுக்கப்படும் போது அதில் உள்ள செயல்முறையை விவரிக்க கணிதத்தைப் பயன்படுத்தியுள்ளனர். ஃபிசிகல் ரிவியூ லெட்டர்ஸ் இதழில் வெளியிடப்பட்ட அவர்களின் ஆய்வறிக்கையில், அன்டோயின் செகுயின் மற்றும் ஜெரோம் க்ராஸஸ் ஆகியோர் இழைகள் ஒன்றாக முறுக்கப்படும்போது சம்பந்தப்பட்ட காரணிகளை நன்கு புரிந்துகொள்ள சோதனைகள் மற்றும் உருவகப்படுத்துதல்களை எவ்வாறு பயன்படுத்தினார்கள் என்பதை விவரிக்கின்றனர்.

ஆயிரக்கணக்கான ஆண்டுகளாக, மனிதர்கள் கைக் கருவிகளைப் பயன்படுத்தி குறுகிய இழைகளை நீண்ட கயிறு அல்லது நூலாக முறுக்கி வருகின்றனர். ஒட்டுமொத்த செயல்முறை நன்கு அறியப்பட்டாலும், அதன் பின்னால் உள்ள கணிதம் மிகவும் திட்டவட்டமாக உள்ளது. இந்த புதிய முயற்சியில், Seguin மற்றும் Crassous இருவரும் சோதனைகள் மற்றும் உருவகப்படுத்துதல்கள் இரண்டையும் பயன்படுத்தி ஒரு புதிய அணுகுமுறையை உருவாக்கி சிக்கலைச் சமாளித்தனர்.

பல குறுகிய இழைகள் ஒரு நீண்ட இழையாக முறுக்கப்பட்டால், அவை சிக்கிக் கொள்கின்றன, ஆனால் நீண்ட காலத்திற்கு அவற்றை ஒன்றாக வைத்திருக்க இது போதாது. அவற்றுக்கிடையேயான உராய்வு காரணமாக அவை ஒன்றாக ஒட்டிக்கொள்கின்றன. ஒரு துண்டின் நுனியில் தள்ளுவதால், அதனுள் இருக்கும் தனி இழைகள் ஒன்றாக இழுக்கப்படுவதால், உராய்வு விசையின் அளவு அதிகரிக்கிறது மற்றும் அதன் வலிமை அதிகரிக்கிறது.

பல கேள்விகளுக்கான பதிலை கண்டறிய ஆராய்ச்சியாளர்கள் நூல்களாக முறுக்கப்பட்ட பல்வேறு வகையான இழைகளைப் பயன்படுத்தி பல சோதனைகளை நடத்தினர். அதிக எண்ணிக்கையிலான திருப்பங்கள் ஒளியிழை பிணைப்பு வலிமையை அதிகரிக்கிறது என்று அவர்கள் கண்டறிந்தனர். மேலும், ஒவ்வொரு வகை ஒளியிழைக்கும் ஒரு தனி உடைப்பு புள்ளி இருந்தது. வெவ்வேறு உள்ளமைவுகளை மிகவும் எளிதாகச் சோதிக்க உருவகப்படுத்துதல்களை உருவாக்குவதில், கொடுக்கப்பட்ட நீளமான நூலுக்கு உகந்த ஒளியிழை ஆரம் இருப்பதையும், திருப்பு கோணத்தின் சதுரத்தின் அதிவேகத்துடன் நூல் வலிமை அளவிடப்படுவதையும் கண்டறிந்தனர்.

பொதுவான தன்மைகளைத் தேடுகையில், அவர்கள் ஹெர்குலஸ் திருப்பு எண் என்று விவரிப்பதைக் கண்டுபிடித்தனர். இது முறுக்கும் கோணம், உராய்வு குணகம் மற்றும் நூலின் ஆரம் ஆகியவற்றுடன் தொடர்புடைய சக்திகளை விவரிக்கும் ஒரு அளவுருவாகும். பொதுவாக இந்த எண் பயன்படுத்தப்படும் திருப்பங்களின் எண்ணிக்கையின் சதுரத்திற்கு விகிதாசாரமாக இருப்பதையும், மேலும் 30-இன் முக்கியமான மதிப்பை கொண்டிருந்ததையும் அவர்கள் கண்டறிந்தனர். கொடுக்கப்பட்ட வகை ஒளியிழைக்கு உகந்த ஆரம் அளவைக் காட்டுவதற்கான சூத்திரத்தையும் உருவாக்கினர்.

References:

• Seguin, A., & Crassous, J. (2022). Twist-controlled force amplification and spinning tension transition in yarn. Physical Review Letters, 128(7), 078002.
• Li, Z., Cui, Z., Zhao, L., Hussain, N., Zhao, Y., Yang, C., & Wu, H. (2022). High-throughput production of kilogram-scale nanofibers by Kármán vortex solution blow spinning. Science Advances, 8(11), eabn3690.
• Seguin, A., & Crassous, J. (2022). Twist-controlled force amplification and spinning tension transition in yarn. Physical Review Letters, 128(7), 078002.
• Jalili, R., Aboutalebi, S. H., Esrafilzadeh, D., Shepherd, R. L., Chen, J., Aminorroaya‐Yamini, S., & Wallace, G. G. (2013). Scalable one‐step wet‐spinning of graphene fibers and yarns from liquid crystalline dispersions of graphene oxide: towards multifunctional textiles. Advanced functional materials, 23(43), 5345-5354.