為什么衣服要比看起來更結實

輯/小蘭

棉線是由許多細小的纖維組成的，雖然它們每根只有2～3厘米長，但聯(lián)結在一起時，它們之間的張力可以無限延長。從物理學的角度來看，它們之所以能如此強韌有力、能防止衣物七零八碎，關鍵就在于如何傳遞這份張力——這也是個千古難題，人們至今都沒能把它徹底弄個明白。

《物理評論快報》上一篇題為《衣服為何不會散：主線的張力》的新論文中，聯(lián)合利華研發(fā)港口陽光公司的物理學家帕特里克?沃倫、劍橋大學的雷?戈爾德斯坦在統(tǒng)計物理學的范疇內對紗線張力進行了研究。他們利用線性規(guī)劃技術，證明了纖維間的摩擦產(chǎn)生了某種鎖定機制——只要有足夠的摩擦力，隨機的纖維組合原則上就可以傳遞一個無限大的張力。

研究人員用紗線模擬了一組隨機重疊的纖維。結果表明，隨著摩擦的增加，逾滲轉變（在龐大無序系統(tǒng)中，隨著聯(lián)結程度，或某種密度、占據(jù)數(shù)、濃度的增加或減少到一定程度，系統(tǒng)內突然出現(xiàn)或消失某種長程聯(lián)結性，性質發(fā)生突變，稱發(fā)生了逾滲轉變，或者說發(fā)生了尖銳的相變。在轉變點，系統(tǒng)的長程聯(lián)結性突然消失或是突然出現(xiàn)，許多重要的物理性質將以“是”或者“否”的方式發(fā)生性質上的突變）出現(xiàn)了。研究人員解釋，這相當于是從一種因纖維滑溜性導致紗線失效的“韌性失效模型”轉變到了斷裂機制為纖維斷裂的“脆性失效模型”。在閾值之上，拉伸強度大概是之前的100倍。

戈爾德斯坦說：“我們現(xiàn)在對于摩擦力是如何阻止纖維材料脫落有了更深層次的理解。從應用的角度來看，我們還可以利用這些理論知識來設計面料調節(jié)器。”以后，還可以利用該模型優(yōu)化由各種纖維混紡而成的縫紉線的性能。