揉紙團發現抗壓 清大生登上國際期刊 時間: 2008-10-22 20:03:45
中國時報

寫信不順時,把紙張揉成紙團往旁邊一扔,再爽快不過,但這個不起眼的小動作,卻有著大學問!清華大學物理系學生林彥誌、教授洪在明以DIY器材實驗,發現施壓達六個大氣壓時,紙團便不再縮小,呈現無比的抵抗力,且不同材質的紙張,抵抗能力也不相同。該論文已登上國際權威期刊《物理評論通訊》(PRL)。
  你是否發現,紙團揉到一定大小,就很難再繼續擠壓,而把鋁箔紙揉成鋁球,丟進水中也不會沈下去?原因是紙球中還有七十%以上的空氣,擁有許多空隙卻又堅固無比,科學家相信和紙團內錯綜分佈的尖點結構、摺痕有關,卻沒人親自作實驗證實。
  林彥誌DIY設計出壓紙球儀器,將大致揉過的紙球包覆保鮮模置入壓力腔,再灌入高氣壓氣體,觀察紙球承受壓力的狀況。實驗發現,最初壓力越大,紙球就縮的越小,但大約到達六個大氣壓時,紙球便不再坍縮,內部產生許多皺摺互相卡住,而這些孔隙中仍保有大量空氣。如此「阻塞」(jamming)住的紙球,最多可抵抗到十一個大氣壓,相當於一般人握力的二十倍。
  另外,德國學者Gompper推論,紙球大小和施加外力的關係為「冪次法則」(Power Law),無論使用何種大小、厚度、硬度、材質的紙,結果都會一樣。林彥誌的實驗卻證實,該推論部分正確,部分需要修改,他發現,在同樣的大小、厚度下,塑膠紙比鋁箔紙還耐壓。
  該實驗相當簡單,卻一舉登上連頂尖大學博士生都難以攀上的《物理評論通訊》。物理系教授洪在明說,「皺摺力學」在物理學界還是新名詞,但應用相當廣泛,例如地理的板塊、造山運動,車禍壓扁的汽車,甚至是臉上的魚尾紋,都是相關應用範圍。
  洪在明本想探討汙漬在衣料上的分佈,卻發現國外已有人做過類似實驗,發現該學者另外提出過揉紙團。林彥誌好奇之下,開始製作儀器,第一代壓力腔以壓克力板製成,沒想到紙團能承受的壓力比壓克力還大,做到一半就爆炸報廢,聲響之大,讓他耳鳴了好幾天。
  後來,林彥誌改用金屬壓力腔才順利完成實驗。洪在明表示,他們打算將紙團送去作同步輻射,觀察內部的結構,揭開小紙團的奧秘。