Французькі фізики пояснили, чому в'язаний одяг має досить незвичайні механічні властивості - він може впруго розтягуватися і змінювати свою форму, так що окремі нитки, з яких він складається, при цьому повністю зберігають свою довжину. Виявилося, що до цього ефекту призводить прагнення в'язаного полотна мінімізувати енергію, яка накопичується при деформації тканини за рахунок вигину окремих волокон, пишуть вчені в.
При в'язанні окремі нитки скріплюються за рахунок з'єднання між собою петель різних ниток за допомогою спеціальних ручних або механічних інструментів. При цьому на відміну від ткацтва, в'язання залишає між волокнами вільний простір і дозволяє їм ковзати один відносно одного, завдяки чому структури, що утворюються, можуть бути дуже гнучкими, легко розтягуючись і приймаючи безліч різних запеклих або тривимірних форм. Одночасно з цим гнучкість, розтяжливість і безформність не заважає в'язаному полотну зберігати міцність. Однак фізичні механізми, які дозволяють отримувати матеріал з таким унікальним набором властивостей з ниток, які самі по собі цими властивостями не володіють, досі залишалися пояснені не до кінця.
Для вирішення цієї проблеми французькі фізики під керівництвом Самюеля Пуанклу (Samuel Poincloux) з Вищої нормальної школи вирішили уважно вивчити, що відбувається з окремими нитками у в'язаній сітці при її розтягненні і описати ці процеси теоретично. Для цього спочатку вчені провели експеримент, в якому взяли невеликий шматок сітки, пов'язаної з нейлонової ліски з використанням однієї з найпоширеніший схем - панчішної в'язки. Це полотно автори роботи розтягували і стискали вздовж однієї з осей і стежили, що при такому розтягненні відбувається з окремими нитками і по яких траєкторіях переміщуються окремі комірки сітки.
В результаті вченим, по-перше, вдалося отримати залежність деформації вздовж головної осі від докладеної напруги, а по-друге - побудувати повне почесне поле переміщень кожної петлі. Виявилося, що при додатку сили у вісім ньютонів полотно розтягується приблизно на 17 відсотків, при цьому залежність деформації від напруги носить виражений нелінійний гістерезисний характер, зміцнюючись при збільшенні сили. Гістерезу вчені пов'язують з дисипацією енергії, яка відбувається при деформації через тертя ниток один про одного. При цьому всі деформації сітки виявилися повністю зворотними, а для почесного поля залежність зміщень від напруги описувалася лінійним законом упругості.
Для пояснення отриманих результатів вчені побудували просту теоретичну модель, яка описує механічні властивості в'язаної сітки за допомогою оцінки запасеної енергії вигнутих ділянок ниток. Запропонована модель передбачає, що нитки при деформації в'язаного полотна не розтягуються, і його топологічна структура залишається незмінною (ця модель принципово відрізняється від моделі тканини, в якій окремі нитки розтяжні, але при цьому не можуть ковзати один відносно одного). Рух петель при цьому відбувається таким чином, щоб мінімізувати енергію, яка копиться в вигині ниток. За допомогою моделі вченим вдалося показати, як буде змінюватися форма кожної петлі при розтягненні в залежності від її положення в сітці, і кількісно описати повні траєкторії окремих петель і лінійну ділянку залежності деформації полотна від сили.
Вчені відзначають, що запропонована модель описує в'язану сітку як своєрідний метаматеріал із заданою топологією, у якого механічні властивості визначаються не властивостями окремих елементів, а тим, як вони пов'язані між собою. При цьому з використанням цієї моделі можна описувати будь-які почесні деформації подібних сіток, а не тільки одноосне розтягнення. Запропонований опис, на думку її авторів, в майбутньому може використовуватися для створення штучних почесних матеріалів з контролем механічних властивостей.
Нещодавно інша група вчених пояснила, чому нитка, складена з окремих штапельних волокон довжиною всього в пару сантиметрів не розпадається при розтягненні на окремі нитки. Виявилося, що через силу тертя при певній довжині цих волокон відбувається перехід в такий стан, в якому нитка швидше розірветься, ніж розпадеться на окремі елементи.