مواد صلبة بخصائص السائل

إن وجود خصائص لمواد الهندسة الصناعية تختلف عن أي شيء موجود في الطبيعة هو هدف الباحثين المتخصصين في دراسة "الميتا ماتيريالز"، أو "مواد ما وراء الطبيعة". وقد استخدمت مجموعة دولية مؤخرًا نموذجًا على الحاسوب، لإثبات أن ورقة الرغوة يمكن، من الناحية النظرية، أن تكون بمثابة مادة سائلة وصلبة في نفس الوقت، ونشروا نتائجهم في مجلة Nature Materials.

وأحد الفروق الواضحة بين المواد السائلة والصلبة هو أن المواد الصلبة يمكن أن تدعم قوى القص. وإذا حاولت القيام بعملية شد وجذب في منطقتين متجاورتين لمادة صلبة، فإن شكل المادة سيتغير قليلاً، لكنها ستقاوم أي حركة أخرى. أما على العكس من ذلك في المادة السائلة، فإن كلا الجزءين سيتحركان. وبالتالي، يمكن أن تتحمل المادة الصلبة موجات مرنة تنطوي على حركات القص، في حين أن السائل لا يمكنه ذلك.

وللبحث في كيفية احتمال تفاعل إحدى مواد ما وراء الطبيعة التي تبدو صلبة مع قوة ما مثل السائل، استخدم فريق من المهندسين، من بينهم يينج وو في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا (KAUST) في ثوال بالمملكة العربية السعودية، محاكاة بالحاسوب لشرح ورقة من الرغوة تحتوي على مجموعة صغيرة من القضبان المصنوعة من المطاط والصلب. وقام الباحثون بتعديل بناء المادة للتأثير في الاهتزازات الطبيعية للرغوة، أملاً في طمس الخط الفاصل بين مفاهيمنا للمواد الصلبة والسائلة

وبتحفيز هذه المادة على الالتزام بنطاق ترددات معين حث ذلك الرغوة على أن تتصرف كسائل، ولم تتمكن موجات القص من الانتشار عبرها، بيد أنه في نطاق ترددات مختلفة، تمكنت هذه المادة من حمل موجات القص، وكأنها مادة صلبة، لكن في اتجاهات معينة فقط، حيث إنها في اتجاهات أخرى تفاعلت كأنها مادة سائلة.

يقول وو: "مثل هذه المواد ستزيد بشكل كبير من قدرتنا على ترشيح وتوجيه طاقة الذبذبات، وهي تنتقل عبر هياكل صلبة".

في الواقع، قد يجد المهندسون هذه المواد مفيدة، على سبيل المثال، في عزل المباني ووقايتها من اهتزازات الزلازل المدمرة، أو في تصميم الخوذات التي يمكن أن تقاوم الاصطدام؛ وتمنع انتقال الصدمة إلى الرأس.

اشترك للحصول على النشرة الإلكترونية المحدّثة كل أسبوعين لكي تبقى على اطلاع بكافة المستجدات على الموقع.