¿En qué consiste la física del origami?

Question

Si doblamos un papel y luego aplicamos presión sobre el pliegue recién formado, parece que la superficie del papel sufre una deformación permanente, pero ¿qué le ha ocurrido exactamente al papel a escala molecular?

Answer 1

Básicamente, un pliegue o una arruga en el papel permanecerá porque la estructura de las fibras del papel se ha dañado irreversiblemente. Esto ocurre porque el papel se dobla/comprime más allá de su límite elástico.

Químicamente, el papel se compone principalmente de celulosa a partir de fibras vegetales. Es un polímero orgánico que tiene unidades de D-glucosa conectadas mediante enlaces de hidrógeno. Estos enlaces se forman entre el átomo de oxígeno del grupo 1-hidroxilo perteneciente al glucosa y el átomo de hidrógeno de la siguiente unidad de glucosa. Éstas son propiedades microscópicas del papel, pero para entender lo que ocurre cuando doblamos papel o hacemos origami, basta con aprender lo que ocurre macroscópicamente.

Todos los materiales tienen lo que se llama un límite elástico y una región plástica . El límite elástico es el punto en el que un material se dobla pero vuelve a su posición original sin que se produzcan cambios o daños en su estructura. Si se sigue deformando el material más allá de este límite, se llega a la región plástica. En este punto, cualquier cambio estructural o físico se convierte en permanente y el papel no volverá a su forma original.

Cada material tiene un límite elástico/rendimiento y una región plástica diferentes. Imagina que sostienes un trozo de papel ligeramente doblado pero sin doblarlo ni arrugarlo. Las fibras vegetales que componen el papel no habrán superado su límite elástico. Por tanto, en cuanto suelte la hoja de papel, ésta volverá rápidamente a su estado plano original sin doblar. Sin embargo, si se enrolla ese trozo de papel en un cilindro y se mantiene durante unos minutos, algunas de estas fibras serán empujadas más allá del límite elástico, lo que es evidente ya que ya no estará plana y se han producido ligeras deformaciones en esta hoja.

Ahora bien, cuando se dobla correctamente un trozo de papel como se hace en el origami, las fibras vegetales a lo largo del pliegue serán empujadas hacia la región plástica del papel, y alcanzarán un punto de fractura en la línea real del pliegue. Un ejemplo práctico de esto es que si se dobla un trozo de papel, se notará que si se estira el papel uniformemente en ambos lados del pliegue, el papel se romperá justo en el pliegue (una forma rápida de "cortar" el papel si no se tienen tijeras). El pliegue se convierte entonces en un fallo estructural irreversible y las fibras del papel nunca recuperarán su estado original.

Debido a los daños en su estructura, el papel tendrá a partir de entonces este pliegue. Y por mucho que se intente aplanar el pliegue, nunca volverá a su estado original. Por eso los modelos de origami conservan continuamente su forma.

Answer 2

Los pliegues curvos se utilizan a veces en el origami. ejemplo práctico es la caja de patatas fritas de los restaurantes de comida rápida. Sin embargo, poco se sabe de la mecánica de estas estructuras. Ahora, Marcelo Dias, Christian Santangelo y sus colegas de la Universidad de Massachusetts, Amherst y la Universidad de Harvard son los primeros en desarrollar un conjunto de ecuaciones que describen la física de las estructuras con pliegues curvos. curvas. Además de proporcionar una mejor comprensión del origami el equipo espera que el trabajo conduzca a materiales prácticos en 3D que que sean fuertes y flexibles.

Santangelo y sus colegas se centraron en un anillo porque es un ejemplo relativamente ejemplo sencillo de cómo una estructura 2D puede transformarse en un objeto 3D mediante la creación de un pliegue curvo. Para obtener una comprensión básica de la física, el equipo construyó unas cuantas sillas de montar de origami con papel, a partir de de papel, a partir de las cuales dedujeron qué propiedades físicas son la mecánica del pliegue curvo.

En el centro de la transición de una hoja 2D a un objeto 3D están las tensiones planas que se crean en el anillo cuando se pliega. Estas tensiones se alivian cuando la lámina se enrolla sobre sí misma para crear una estructura en forma de silla de montar. Si se corta el anillo, las tensiones se tensiones se alivian y la silla de montar se colapsa y se convierte en un anillo plano, aunque con un radio menor. aunque con un radio menor.

( Fuente )