رازهای یک کاغذ مچاله از دیدگاه فیزیک !

با وجود پیشرفت های تکنولوژی ، دانشمندان هنوز نتوانسته اند از ویژگی های عجیب و غریب کاغذ های مچاله به طور کامل سر در بیاورند !

تاکنون به راز هایی که ممکن است در کاغذ های مچاله و بازیافتی نهفته باشد ، فکر کرده اید ؟ اگر چه در نگاه اول به نظر ساده و حتی بی اهمیت می رسد اما می توانید یک برگ کاغذ بردارید و آن را مچاله کنید تا ببینید با این عمل ساده چه اتفاق عجیبی برای کاغذ می افتد ! کاغذ مچاله شده را به سمت سطل بازیافت پرتاب کنید . تاکنون از خود پرسیده اید چه چیزی می توانید یک برگ کاغذ شل و ول را به چنین پرتابه ی خوبی تبدیل کند ؟! برای یافتن پاسخ این پرسش ، در ادامه با فیزیک برای زندگی همراه باشید . . .
برای مشاهده ی ادامه ی مطلب اینجا کلیک کنید . . .

راز های یک کاغذ مچاله » ممکن است پاسخ این سوال به نظر ساده باشد . « مچاله کردن » اما چه چیز مچاله کردن به کاغذ خاصیت عجیبی می دهد ؟ آنا دومینیک کمبو و نارا منون ، دو فیزیک دان از دانشگاه ماساچوست آمریکا هستند که تمرکز خود را بر پاسخ دادن به این پرسش ها قرار داده اند .  از دیگر خاصیت های ادعا شده و معروف کاغذ این است که نمی توانید یک برگ آن را بیش از هفت مرتبه روی هم تا کنید . البته این ادعا یک بار در یک برنامه ی مستند علمی به چالش کشیده شد . در این برنامه توانستند کاغذ را تا 11 مرتبه تا کنند که هنوز رکورد خوبی برای یک برگ کاغذ است ؛ آن هم نه در مواجهه با نیروی دست انسان بلکه به وسیله ی یک غلتک آسفالت و کاغذ های بسیار نازک مربوط به چتر نجات و در ابعاد یک زمین فوتبال ! منصفانه می توان گفت که قدرت نمایی کاغذ در ابعاد معمولی هنوز زیر بار بیش از هفت مرتبه تا شدن نرفته است !
مسأله ی عجیب در مورد کاغذ ، پیش بینی ناپذیر بودن آن است . همین برگ کاغذ را روی یک فنجان قهوه بگذارید و آن را به داخل بفشارید تا تقریباً شکل یک مخروط پیدا کند . حال می توانید به هر تعداد که می خواهید آن را تا کنید ؛ حتی تا هزاران بار ! محققان بالاخره توانسته اند برای این شرایط ، الگوی ریاضی ارائه کنند که چگونگی تا شدن کاغذ را پیش بینی کند . اما در مورد همه ی رفتار های کاغذ این قدر ها هم موفق نبوده ایم .
اگر هنوز هم فکر می کنید چیز عجیبی در مورد کاغذ وجود ندارد ، توجه شما را به این نکته جلب می کنیم که مهم نیست شما چقدر برای مچاله کردن کاغذ نیرو صرف می کنید . در نهایت شما با ساختاری رو به رو خواهید بود که 90 درصد آن را هوا تشکیل می دهد . البته به نظر « کمبو » و « منون » به طور تکنیکی ممکن است که با نیرویی ورای نیروی بشری کاغذ را بیش تر بفشاریم اما نیروی لازم به شکل تصاعدی با بیش تر فشردن کاغذ ، بیش تر می شود و آن ها می خواهند بدانند چرا ؟
با وجود ساختار بی ثبات توپ های کاغذ مچاله شده ، می توان گفت که آن ها قدرت تحمل قابل ملاحظه ای دارند . همین خاصیت آن هاست که باعث می شود به عنوان محافظ اسباب و وسایل شکستنی مان و در جعبه ها هنگام حمل و نقل مورد استفاده قرار گیرند . آن ها قادرند وزن اشیایی بسیار سنگین تر از خودشان را تحمل کنند که باز هم باعث تعجب و شگفتی است . به یک کاغذ مچاله شده نگاه کنید ؛ هیچ ستون حمایت کننده ای در آن وجود ندارد که بتواند چنین نیرویی را تحمل کند . منون می گوید :« شما با سازه ی از پیش طراحی شده ای رو به رو نیستید که بناست وزن زیادی را تحمل کند . شما تنها یک برگ کاغذ را مچاله کرده اید . »
هر توپ مچاله شده ای می تواند کاملاً یکتا باشد یا به عبارتی به نحو منحصر به فردی مچاله شود . البته دانشمندان تاکنون تعداد زیادی از آن ها را بررسی نکرده اند که بتوان گفت یکتایی ان ها به اندازه ی یکتایی اثر انگشت یا شکل قرار گرفتن صف هایی از دانه های غبار یا یا دانه های برف است . اما بی شک تنها مانع پی بردن به راز های این توپ های کاغذی تعداد و تفاوت آن ها نیست . با وجود پیشرفت های تکنولوژی هنوز هم بررسی با جزئیات این توپ ها ، کار مشکلی است . علوم کامپیوتر کمک زیادی نکرده است و بررسی فیزیک این مسأله هم بسیار دشوار بوده .چرا که پیشرفته ترین سخت افزار ها و نرم افزار ها در بازسازی همه پیچیدگی های مسأله با توجه به متغییر های فراوان ناموفق بوده اند . همچنین مهندسی معکوس توپ های کاغذی نیز با مشکل رو به رو شده ؛ به این معنا که توپ های کاغذی مچاله شده باز شوند و الگوی چین خوردگی ها مورد مطالعه قرار بگیرد . به نظر منون « شما در این رابطه می توانید سوال های ساده ای بکنید اما می بینید که در کمال تعجب پاسخ های پیچیده ای دارند . » او امیدوار بود که با کمک تصویربرداری سه بعدی بتوانند راه حل مناسبی پیدا کنند . آن ها از دستگاه اسکن تومور به وسیله ی اشعه ی ایکس استفاده کردند . این دستگاه تومور ها را اسکن می کند و هزاران تصویر دو بعدی از مقاطع مختلف تومور به دست می آورد که حاصل پردازش و روی هم قرار دادن آن ها یک تصویر سه بعدی از تومور است . اما مشکل کاغذ ها این بود که اشعه ی ایکس از آن ها عبور می کرد و انگار اصلاً کاغذی را نمی دید . منون و کمبو برای حل این مشکل از مواد دیگری که قابلیت ورقه شدن را داشتند استفاده کردند . مانند : فویل آلومینیم . نقشه ی آن ها سرانجام به بار نشست وتوانستند از یک ورق مچاله تصویر سه بعدی تهیه کنند . اولین نکته ای که در بررسی تصویر سه بعدی توپ ها مورد توجه قرار گرفت ، برآمدگی های ورقه بود . این برآمدگی ها نقاط قوت توپ ها هستند و همان کیفیتی را باعث می شوند که از توپ ها انتظار نداشتیم ! تام ریتن ، فیزیک دان حالت جامد از دانشگاه شیکاگو می گوید :« یک برگ کاغذ را می توان به راحتی پاره کرد اما در حالت های خاصی این کار بسیار مشکل می شود . » اگر بخواهید یک کاغذ صاف را از دو طرف بکشید تا پاره شود ، به نیروی زیادی احتیاج خواهید داشت ؛ نیرویی که باید بر آن غلبه کنیم تا کاغذ پاره شود ، نیروی کششی کاغذ است .
با این نیرو زمانی که می خواهیم کاغذ را بیش از هفت مرتبه تا کنیم ، به خوبی آشنا شدیم ؛ درست مثل زمان تا کردن کاغذ برآمدگی ها انرژی شما را نگه می دارد . به همین دلیل است که با نیروی بشری نمی توانیم طوری کاغذ را مچاله کنیم که کمتر از 90 درصد هوا در آن محبوس شود . با توجه به این سختی و البته انرژی که در آن ها متمرکز می شود می توانیم توضیح دهیم که چرا توپ های کاغذی مچاله شده می توانند مانند یک سازه ی طراحی شده زیر فشار اسباب و وسایل خود را سر پا نگه دارند . البته حقیقت این است که آن قدر ها هم دور از انتظار نبود که برآمدگی ها عامل اصلی خواص کاغذ باشد اما نکته واقعاً عجیب دیگری در بررسی تصاویر مشخص شد . ممکن است انتظار داشته باشید برآمدگی های کاغذ بی قاعده و در نقاط مختلف کاغذ پراکنده شده باشند . اما تصاویر این نکته را آشکار کردند که برآمدگی ها به شکل غریبی در دسته های منظم و لایه لایه روی سطح کاغذ به وجود آمده اند . چه چیز باعث به وجود آمدن این نظم و قاعده می شود ؟ این لایه ها البته تأثیر زیادی بر نیروی لازم برای تا کردن کاغذ دارند . این نیرو متناسب با مکعب تعداد تازدگی هاست ؛ به این معنی که بار پنجم باید 125 برابر بار اول نیرو صرف تا کردن کاغذ کنیم . لایه های درون کاغذ مچاله شده هم از همین قانون پیروی می کنند و دیوار های چند لایه ، مانند ستون های یک سازه به کاغذ استحکام می بخشند .
البته که توپ های کاغذی هنوز هم همه رازهایشان را برملا نکرده اند . مثلاً هنوز هم نمی دانیم چرا در بسته بندی ها آن قدر مورد استفاده اند و چگونه بالش های به این نرمی و با این استحکام را پدید می آورند  ، از دیدگاه منون ، کلید حل این مسأله بررسی توانایی جذب ارتعاشات عبوری از آن هاست . اما آیا این توپ های کاغذی ارتعاشات را با به دام انداختن امواج جذب می کنند یا با رهاسازی آن ؟ هیچ کس نمی داند . و البته به نظر منون این یعنی وجود مسائل زیبایی که او را به کاغذ های مچاله شده علاقه مند نگه می دارد .

کاغذ ، سرمایه ی گرانبها و ارزشمندیست . . . از آن درست استفاده کنیم !

نظر شما در مورد این مطلب چیست ؟ در بخش نظرات منتظریم !

با فیزیک برای زندگی همراه باشید ...