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皺紋中的物理

2011/02/08 | 未分類 |

Original publish date:Feb 22, 2003

編輯 Vincent Liu 報導

英國劍橋大學研究學者從乾掉的蘋果上的皺摺皮、人類眼睛旁的魚眼紋甚至垃圾袋表面的波紋,發現了皺紋大小、形狀以及發生位置的關係。

皺紋的描述在藝術上不僅是舊的正如研究的主題一樣。它的變形由已知的一組非線性偏微分方程式(Fo‥ppl–von Karman)所描述[一],除了簡化的一維問題外,其餘的需要借助電腦計算或半經驗法則才能求得出來[註二]。

英國劍橋大學研究學者將所有複雜的情況簡化唯一個單一理論的架構:一個薄片被吸附在厚片上,但沒有緊密的貼付其上。請想像一個正在乾掉的蘋果,蘋果皮為了維持一定的表面積吸附在漸漸縮小半徑的蘋果肉上,彼此競爭與妥協。研究學者推出皺紋的大小(amplitude)與形狀(wavelength)與基材的剛性(stiffness)有線性比例的關係[註二]。

既然研究學者能夠預測皺紋發生的大小、形狀與位置,也能夠預防。舉例來說,在眼部附近的地方所發生的魚尾紋,藉著一些方法施予在選好的部位上,有消減皺紋的功效。也有助於未來製造紙張玻璃和矽晶片等材質的薄膜上,沒有任何的缺陷。

註一:L. Landau and E.M. Lifshitz, Theory of Elasticity, Pergamon, New York, 1986, 3rd ed.

註二:E. Cerda and L. Mahadevan, Geometry and physics of wrinkling, Phys. Rev. Lett. 90, 074302.

參考文獻

E. Cerda, K. Ravi-Chandar, and L. Mahadevan, Nature (London) 419, 579 (2002).

參考來源:

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  • [Mar 30, 2001] 抽菸vs.青春
  • [Oct 27, 2000] 從彈力蛋白揭開人類身體組織的老化現象

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