Общие знания

Почему пластиковые пакеты так шумят, когда их мнут?


Треск вызван высвобождением упругой потенциальной энергии при переходе обертки из одной стабильной конфигурации в другую.

Представьте, что вы сидите на последнем ряду в аудитории и слушаете скучную лекцию. Ни с того ни с сего ваш лучший друг достает блестящий пакет с чипсами и передает его вам. Вы пытаетесь тихо, с максимальной осторожностью открыть его, и тут бац! Вы поднимаете глаза, а преподаватель уже смотрит на вас.

Мы все были в такой ситуации. Мы все пытались развернуть шоколадку или пакет с чипсами в тихом классе или кинотеатре и неизменно попадали в неловкое положение. Но задумывались ли вы когда-нибудь, что делает пластиковую упаковку такой громкой?

Свойства пластиковых упаковок

Большинство пластиковых упаковок, от оберток для конфет до продуктовых пакетов, изготавливаются из таких полимеров, как полиэтилен, майлар или целлофан. Тонкие листы этих полимеров делают отличные упаковки, но в то же время они слишком шумные.

Пластиковые листы тонкие, но прочные. Их нельзя ни растянуть, как резину, ни сломать, согнув. Попробуйте деформировать плоский пластиковый лист, и в итоге вы получите сморщенную, измятую массу.

Эти вездесущие складки - виновники трещащего звука пластиковых оберток. Чтобы понять, как это происходит, давайте рассмотрим их упругие свойства.

Упругая потенциальная энергия

Упругие и пластичные тела

Большинство из нас знакомы с упругими и пластичными телами, но небольшое уточнение может оказаться полезным.

Тело можно деформировать, приложив к нему силу. Если после снятия силы тело возвращается в исходное состояние, то оно упругое. С другой стороны, если тело не возвращается в исходную конфигурацию, мы называем его пластичным.

Очевидно, что пластиковая упаковка относится к последней категории.

Упругая энергия

Всякий раз, когда мы деформируем тело, мы передаем ему некоторую энергию, которая сохраняется в виде его упругой потенциальной энергии. Когда тело возвращается в стабильное состояние, эта энергия высвобождается в виде кинетической энергии, тепла, звука или какой-либо другой формы энергии.

Например, рассмотрим лук и стрелы. Когда вы натягиваете лук, вы деформируете тело и тем самым накапливаете в нем упругую потенциальную энергию. Когда вы отпускаете лук, эта энергия преобразуется в кинетическую энергию, которая помогает выпустить стрелу, и лук возвращается в исходное состояние.

Аналогичный тип преобразования энергии происходит в смятом листе.

Структура смятого пластикового листа

Вы когда-нибудь замечали, в какой "стабильной конфигурации" находится пластиковый лист? Когда он лежит ровно. Вот и все. Плоский лист, почти не подверженный деформации, практически не издает шума, когда вы с ним обращаетесь. Если вы положите его куда-нибудь, он просто будет лежать ровно.

Однако, когда вы сминаете лист пластика, происходит нечто интересное. На листе появляются крестообразные линии или складки, и он перестает быть плоским.

В отличие от плоского листа, который имеет одно стабильное выравнивание, скомканный лист имеет несколько стабильных конфигураций. Смятый лист можно расположить в нескольких формациях, и он будет оставаться в этом состоянии неизменным в течение длительного времени. Средний смятый лист может иметь сотни устойчивых конфигураций.

Каждое стабильное состояние смятого листа имеет определенную упругую потенциальную энергию. Поэтому, когда мы манипулируем смятой оберткой в наших руках, мы непосредственно воздействуем на ее энергию.

Наука, скрывающаяся за хрустящим звуком

Согласно исследованиям, было замечено, что звук хруста смятых листов происходит в виде дискретных "щелчков". Треск не является непрерывным, а скорее представляет собой серию всплесков различной интенсивности.

Давайте попробуем лучше понять, чем это вызвано.

Скомканный лист (например, обертка от конфеты) остается в одном из своих стабильных состояний, с определенной упругой потенциальной энергией, пока мы не деформируем ее. Когда мы скручиваем или сгибаем лист, проделанная нами работа сохраняется в виде потенциальной энергии.

Однако существует предел количества энергии, которую может хранить одна конфигурация. Когда энергия превышает этот предел, лист просто переходит в другую конфигурацию, высвобождая при этом некоторое количество энергии, и мы слышим "щелчок".

Интенсивность этого звука зависит от конфигурации. Когда защелкиваются более крупные складки, они издают более громкий звук, в то время как смятие более мелких складок вызывает более слабые всплески шума.

Короче говоря, когда мы "разворачиваем" что-то, мы перемещаем пластиковую упаковку через несколько конфигураций за короткое время. В результате мы слышим последовательность из нескольких щелчков, которые мы определяем как "хрустящий звук".

Аналогия с холмом

По мнению физиков, деформация пластикового листа подобна толканию камня по холмистой местности с множеством выступов.

Представьте себе холм с множеством долин и гребней, и представьте, что вы толкаете камень вверх по холму. Когда вы достигнете вершины, единственным результатом будет то, что камень покатится обратно вниз по склону. Когда камень скатывается вниз, он застревает в одном из гребней холма. Если вы повторите процесс, камень может застрять в другом гребне.

Здесь гребневидный холм напоминает разнообразные конфигурации листа. Толкание камня вверх похоже на накопление упругой энергии. Когда вы деформируете лист, упругая энергия накапливается, пока не достигнет предела. Как только это происходит, энергия высвобождается, и лист сгибается в случайную конфигурацию, подобно тому, как высвободившийся камень останавливается, застряв в одном из многих гребней на склоне холма.

Вывод

Таким образом, хрустящий звук пластиковой упаковки возникает, когда смятый пластиковый лист переходит из одной конфигурации в другую.

Теперь вы знаете, почему вы не можете избавиться от этого раздражающего звука, как бы медленно вы ни разворачивали лист. Замедляясь, вы не избавляетесь от щелчка, а просто делаете его реже.

Как сказал физик Эрик Крамер: "Вы можете следовать этой последовательности сколь угодно медленно, но каждый шаг в этой последовательности сопровождается щелчком. И вы ничего не можете с этим поделать".

Неважно, быстро или медленно вы разворачиваете что-то, единственный способ добраться до конфеты - это справиться с этим раздражающим треском.

Подпишитесь на нас: Яндекс.Новости / Вконтакте / Telegram
Back to top button