Metamateriał łamie prawa konstrukcyjne

Metamateriał łamie prawa konstrukcyjne

Naukowcy wykazali, że specjalnie skonstruowana gumowa belka poddana malejącemu naprężeniu ugina się szybciej niż w przypadku przykładania do niej większej siły. Takie zachowanie wymyka się intuicji i wydaje się stać w sprzeczności z zasadami rządzącymi procesem zginania.

Wspomniana belka wykonana została z metamateriału. Tego typu struktury posiadają właściwości, które nie występują w przyrodzie. Badaczom udało się wywołać to niecodzienne zachowanie poprzez utworzenie jej struktury ze starannie dobranego szablonu małych otworów. Swoją pracę opublikowali w Physical Review Letters.

„Metabelkę" stanowi wiązka gumy o długości około dwudziestu centymetrów, w której wykonano eliptyczne otwory. Naukowcom udało się ustalić, że poddając je działaniu pewnego krytycznego ciśnienia belka zaczyna się umacniać, a po jego dalszym zmniejszaniu belka kontynuuje zginanie.

Badacze, zaskoczeni tym dziwnym zachowaniem, postanowili zbadać jego przyczynę. Odkryli, że „metabelka" pod niewielkim ciśnieniem łatwo się ściska, jednak z trudem rozciąga. W materiałach, w których nie występują podobne otwory różnica pomiędzy ściskaniem, a rozciąganiem widoczna jest zazwyczaj przy wyższych ciśnieniach. To właśnie ta wrażliwość na różnicę pomiędzy ściskaniem i rozciąganiem jest przyczyną tego dziwnego efektu. Kształt i rozmieszczenie otworów pozwalają natomiast dokładnie określić ciśnienie, przy którym efekt występuje.

Opracowanie „metabelki" podważyło zasady, jakim rządzi się budownictwo od ponad 250 lat. Związek pomiędzy zginaniem belki i ciśnieniem ustalił wtedy Leonard Euler. Od tego czasu, jego teoria stała się podstawą dla budowy domów i mostów. Euler zakładał, że nie ma zasadniczej różnicy pomiędzy rozciąganiem i ściskaniem. „Metabelka" przeczy jednak jego założeniom, otwierając drzwi dla budowy nowych konstrukcji.

(rr)