鸟巢1月1日对公众开放(鸟巢是鸟类终生栖居的家正确吗)

事实上，鸟巢是自然界的工程奇迹。一些柔韧无序的树枝被精心编织成一种轻盈坚韧的材质。鸟类似乎有一种天生的直觉，可以巧妙地将木棒的特性转化为巢的独特特性。为了筑巢，鸟儿不会去找任何枯枝。他们善于选材，最终能做出舒适结实的家。

受鸟巢的启发，一组研究团队利用X射线成像技术和计算机模拟，更深入地了解了这些由短棒编织而成的鸟巢状结构是如何获得不同寻常的力学性质的。

他们发现短棒之间的摩擦力和短棒接触点的分布在决定巢穴的特征方面起着至关重要的作用。这也可以帮助我们了解那些鸟巢状材料的力学特性。这项研究最近发表在《物理评论快报》上。

鸟巢力学

事实上，鸟巢可以被视为特殊版本的颗粒材料。粒子是指由许多较小的物体组成的物质，如沙子。有些颗粒状的物质，像大米，是由密集的颗粒随机堆积而成，有些像头发，是由坚硬的纤维缠绕而成，中间夹着鸟巢。

在实验研究中，团队将460根短竹签随机倒入一个透明的塑料圆筒中，用活塞反复压缩圆筒中的竹签，并进行了计算机模拟。

该团队使用实验(左)和计算机模拟(右)来研究容器中活塞挤压短竹签的力学行为。(图//Y. Bhosale等人)

他们发现，当被压下的活塞被释放时，这些竹签几乎会反弹到原始体积，但它不是以线性方式变形的。换句话说，变形(应变)不仅仅与施加的应力成正比。活塞对竹签施加的力越大，竹签就越硬，也就意味着它能抵抗进一步的变形。

当活塞向下移动时，竹签会滑动，它们之间的接触点会重新排列。为了更好地理解这种行为，该团队在计算机辅助X射线断层扫描的帮助下创建了竹棒之间接触点的三维图像，并跟踪了这些接触点在压缩和释放的循环过程中是如何变化的，这是理解这种材料的关键。

数据显示，随着持续的压缩，竹签之间会形成更多的接触点，限制了竹签的弯曲，增加了这叠竹签的刚度。这一观察解释了应力-应变曲线的非线性特征。

研究小组还观察到，竹棒的刚度变化似乎滞后于活塞的运动，这被称为滞后效应。这种效应将导致活塞推入时短杆堆的硬度大于活塞缩回时材料的回弹。也就是说，压缩时的应力应变曲线与释放时的曲线并不重合，两条曲线的起点和终点是相同的，只是具体路径不同。这种力学行为也会出现在一些低径高比的球形颗粒的压缩中。

准静态应力-应变循环曲线。(图//Y. Bhosale等人)

认为滞后效应是指在接触点开始重新排列之前，不仅通过竹竿的弹性弯曲，而且通过克服竹竿之间的初始摩擦来储存能量。当杆彼此滑动时，一些能量将以摩擦热的形式损失，损失的量与循环所包围的面积成正比。同样的定性行为也出现在计算机模拟中。

“无限”巢

这个实验和模拟是了解这种不寻常结构的第一步，但科学家也承认，它和真正的鸟巢还有一定差距。特别是真正的鸟巢周围没有容器(圆柱墙)的限制。

目前，该团队正在评估这种结构特征将如何随着尺寸的扩大而变化，并希望最终将结果推导到一个没有边界效应的“无限”巢，甚至发现这种结构自我支撑的秘密。

除了燕窝，这项研究还可以应用于其他由无序排列的长纤维组成的材料，比如毛毡。随着对这些材料机械性能的深入了解，工程师们有机会用它们创造新的结构。

#创意团队:

加维奥塔写的

排版:文汶

#参考来源:

‘ https://www . science news . org/article/bird-nest-sturdy-physics ‘

https://physics.aps.org/articles/v15/72

https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 128.198003

#图像来源:

图片:stocksnap

第一张图:pixabay

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编辑:fiufiu