Le fil de coton est composé de nombreuses fibres minuscules, chacun de seulement 2-3 cm de long, pourtant, lorsqu'elles sont filées ensemble, les fibres sont capables de transmettre la tension sur des distances indéfiniment longues. Du point de vue de la physique, la façon dont les fils et les fils transmettent la tension - les rendant suffisamment solides pour empêcher les vêtements de s'effondrer - est un casse-tête de longue date qui n'est pas complètement compris.

Dans un nouvel article publié dans Lettres d'examen physique intitulé "Pourquoi les vêtements ne tombent pas en morceaux :transmission de tension dans les fils de base, " les physiciens Patrick Warren à Unilever R&D Port Sunlight, Robin Ball à l'Université de Warwick, et Ray Goldstein de l'Université de Cambridge ont étudié la tension des fils dans le cadre de la physique statistique. En utilisant des techniques de programmation linéaire, ils montrent que le frottement collectif entre les fibres crée un mécanisme de verrouillage, et tant qu'il y a suffisamment de friction, un assemblage aléatoire de fibres peut en principe transmettre une tension indéfiniment grande.

Leurs résultats fournissent une base quantitative à l'explication heuristique proposée par Galilée en 1638, qui se demandait comment une corde peut être si solide quand elle est faite de si petites fibres. "L'acte même de torsion amène les fils à se lier les uns aux autres de telle manière que… lorsque la corde est étirée… les fibres se cassent plutôt que de se séparer les unes des autres, " écrit-il. En termes modernes, Galilée décrivait la friction.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont modélisé le fil comme un groupe de fibres se chevauchant de manière aléatoire. Les résultats ont montré que, au fur et à mesure que le frottement augmente, une transition de percolation émerge. Comme l'expliquent les chercheurs, cette transition correspond à « un passage d'un modèle de défaillance « ductile » où le fil se rompt par glissement de fibre… à un mode de défaillance « fragile » où le mécanisme de défaillance est la rupture de la fibre. » Au-dessus de ce seuil, la résistance à la traction devient environ 100 fois plus forte qu'auparavant.

« Nous comprenons maintenant mieux à un niveau fondamental comment la friction empêche les matériaux fibreux de se désagréger, " Goldstein a dit Phys.org . « D'un point de vue appliqué, nous pouvons utiliser ces informations pour étayer la conception d'adoucissants textiles, par exemple."

À l'avenir, le modèle pourrait également être utilisé pour optimiser les propriétés des fils à coudre constitués de divers mélanges de fibres. Lorsqu'il est étendu des fibres aux médias granulaires, les résultats peuvent également avoir des applications pour mieux comprendre la transmission des contraintes dans les tas de sable et les silos à grains. En outre, les chercheurs prévoient d'étudier le seuil plus en profondeur.

"Nous prévoyons d'écrire un article plus long explorant la nature de l'état 'supercritique', au-dessus de la transition de percolation, " dit Goldstein.

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