Fizika kovrčave kose - kao što se vidi na zavojitom povezivanju

Napisao NaturallyCurly Suosnivač Michelle Breyer za njezin blog, kovrčavom veze

FOTO: MIT ISTRAŽIVAČI JAMES MILLER Pedro Reis

Odrastajući, uvijek sam zavidjela svilenkasta kose djevojke s ponytails da swished. Darcy Waterman, djevojka na mojoj srednjoj školi kolosijeka tim, imao je dugu sleak suncem prošaran rep da serijska dolje joj leđa, njišući se s jedne strane na drugu dok je trčao napora ispred mene. To rep mi se rugali. Moj lisnato od rep bio nepokretan - kao bonsai stablo na vrhu glave.

Malo sam znam da je razlika u naša dva ponytails je nešto što je studirao znanstvenici širom svijeta koji su pokušavali izvučemo fizike kovrčavu kosu.

Kovrčava djevojke znaju iz prve ruke kako je izazovan njihove zavojnice i prstenjak može biti. Složenost kovrče, zavojnice i valova također je izazvao film i računalnih animatora koji su pokušali da ih ponovno.

Većina junaka i zlikovaca u animiranim filmovima imao kosu koja je bila iznimno čvrsta ravna kosa, njišući se amo-tamo. Bilo je rijetkost vidjeti animirani lik s elastičan, kovrčava kosa, jer računalo animatori nisu imali jednostavan matematički način za opisivanje It.s o je to bila velika vijest kada su znanstvenici prošlog mjeseca objavila da su stvorili prvi detaljni model 3D pramen kovrčave kose nedavno izrađen - nešto što je sporno filmske animatore desetljećima.

Istraživači na MIT-u, u Cambridgeu, Massachusetts., I Université Pierre-et-Marie-Curie (UPMC) izgradili svoj model pomoću fleksibilnih šipke ispitati različite stupnjeve curliness.

„Naš rad ne bavi sudaranja sve dlake na glavi, što je vrlo važan učinak za animatore za kontrolu frizuru”, koautor studije Pedro Reis, docent na MIT odjelu civilne i okoliša inženjerstvo , navodi se u priopćenju. „Ali to karakterizira sve različite stupnjeve curliness vlasi kose i opisuje matematički koliko svojstva rotor promjene duž duljine luka vlasi kose.”

Korištenje laboratoriju eksperimentiranje, računalne simulacije i teoriju, tim je identificirao glavne parametre za kovrčavu kosu i pojednostavljenom ih u dva bezdimenzijska parametara krivulje (koja se odnosi na omjer zakrivljenosti i duljinu) i težine (odnosi se na omjer težine i krutosti) , S obzirom na zakrivljenost, dužina, težina, i ukočenost, njihov model će predvidjeti oblik kose, čelične cijevi, ili internet kabel suspendiran pod vlastitom težinom.

Kao pramen kose kovrče s dna, njegova 2-D kuka raste veće dok ne dosegne točku gdje ona postaje nestabilan pod vlastitom težinom i pada iz ravnine postati 3-D Helix. Reis i koautori opisuju 3-D rotor kao lokaliziran spirale, gdje se namotava samo dio cjedilu, ili globalne spirale, ako je curliness proteže po cijeloj dužini do glave.

Uvojak možete promijeniti faza - od 2-D u 3-D lokalne spirale do 3-D globalne spirale, a opet - ako su njegovi parametri mijenjaju. Budući da je pramen kose ponderira s dna pomoću gravitacije, vrh pramena ima veću težinu ispod njega od vrha, koji je ništa. Dakle, ako je težina na kosi je prevelika za urođene curliness, rotor će uspjeti i postati ili ravno ili spiralno, ovisno o dužini i ukočenost u Strand.

Za zakrivljenosti studije, Miller je stvorio fleksibilan, tanke šipke pomoću plijesni kao mali kao bocu Tabasco umak i kao veliki kao stupaca u MIT-u predvorju 7 (oko metra u promjeru). Je injektiran gumastog materijala unutar šupljeg fleksibilnog sustava cjevčica omotan oko tih kalupa. Nakon što je gumeni materijal izliječen, a cijev je odsječeno, Miller i Reis je fleksibilan polivinil tanke šipke čiji prirodni zakrivljenost se temelji na veličini objekta oko kojeg su bili zamotan.

„Jedan od ključnih pitanja je kako se nositi distribuciju intrinzične curliness naći u stvarnom kose”, rekao je reis.

Oni su bili u mogućnosti da se usredotočite na detalje o svojstvima jednog kovrčavom kosom pod utjecajem gravitacije.

„Činjenica da sam ćelav i radio na tom problemu nekoliko godina postao je lijepo trčanje vic u našem laboratoriju”, kaže reis. „Ali Šalu na stranu, meni je važnost rada je da ste u mogućnosti da se pravi prirodni zakrivljenost šipke u obzir za ovu klasu problema, što može dramatično utjecati na njihovo mehaničko ponašanje. Zakrivljenost može odgoditi nepoželjni nestabilnost koja se događa kod viših opterećenja ili torzija, i to je efekt koji inženjeri moraju biti u stanju razumjeti i predvidjeti.”

Osim pomoći animatori praviti realnija kovrče, ova tehnologija također može biti korišten od strane inženjera predvidjeti krivulju koja je dugo čelične cijevi, cijevi i kabela razviju nakon što je smotan oko kalem za transport. U polju, ti materijali se često ponašaju kao tvrdoglavu vrtnog crijeva čija intrinzična krivulje čine ga ponašati u nepredvidljivim načine. U inženjering terminologiji, te stavke - i kosa - sve su to primjeri vitkom fleksibilne štap.

Ovaj rad je financiran od strane Nacionalne zaklade za znanost, Schlumberger, MIT-France programa, te Battelle-MIT postdoktorski zajedništvo.