Физики создали искусственный материал, который скручивается в ответ на прилагаемое постоянное усилие вдоль одной прямой. Это вещество — механический метаматериал, то есть его свойства определяются в первую очередь структурой, а не свойствами составных частей. Работа с описанием недавно опубликована в известном журнале Science. В стандартной механике сплошных сред кручение не может появляться в результате приложения действующей вдоль линии силы. Сжатие упругого тела в обычной ситуации всегда должно вызывать расширение в перпендикулярных оси сжатия направлениях. Однако исследователям из немецкого Технологического института Карлсруэ и французского Университета Франш-Конте удалось создать нарушающий это правило кристалл. Созданный метаматериал скручивается на более чем 2° за каждый процент укорочения. Этого удалось достичь благодаря точной микроскопической сборке составляющих его частей. В начале физики численно смоделировали материал, чтобы узнать необходимую форму кубической ячейки материала.

Затем выявленная структура была получена из полимера методом лазерной 3D-печати. Когда к ячейке прикладывается усилие, кольцевые структуры на каждой грани вращаются, утягивая за собой углы куба. Трехмерная модель метаматериала, скручивающегося в ответ на прилагаемые усилия. C. Bickel/Science

Также выяснилось, что если размер ячейки уменьшается, а размер всего тела остается неизменным, то это приводит к увеличению жесткости и уменьшению эффекта скручивания. Это также противоречит стандартным правилам классической механики сплошных сред, где деформация кручения в таком случае запрещена, а жесткость — это масштабно-инвариантная характеристика.

Материалы с произвольными упругими свойствами могут позволить создать механические аналоги оптических метаматериалов. Одним из предложенных авторами применений могут быть структуры, позволяющие направлять механические волны, например от землетрясений, вокруг определенных областей.

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!