Механіки з Франції змоделювали поширення «вибухової хвилі» в стрічці, складеній з паличок від ескімо. Така стрічка схожа на систему з кісточок доміно, і висмикування палички з одного з кінців призводить до ланцюгової реакції, що руйнує стрічку. У своїй новій роботі вченим вдалося встановити, чим визначається така поведінка і за яких умов її можна спостерігати. Дослідження опубліковано в.
Якщо зібрати багато паличок від ескімо, «сплести» з них правильну стрічку і зафіксувати всю цю систему з обох кінців, то в такій системі за рахунок упругої деформації паличок можна запасти досить велику кількість енергії. При висмикуванні фіксуючого елемента з одного з кінців такої стрічки нестійкий рівноважний стан порушується, крайня паличка в стрічці звільняється, випрямляється і вилітає назовні, що призводить до збудження хвилі («cobra wave») і її подальшого поширення по стрічці. Така «вибухова хвиля» буде поширюватися по стрічці до тих пір, поки не зламається один з елементів або не скінчиться стрічка. Подібна розвага не залишилася без уваги студентів з різних країн, які намагаються «підірвати» таким чином стрічку максимальної довжини. На сьогодні рекорд довжини становить понад 30 тисяч паличок.
Завдання з фізичного опису такої системи було запропоновано студентам на міжнародному фізичному турнірі в минулому році, а механіки з Парижа, надихнувшись їй, вирішили, що вона заслуговує більш детального вивчення. Насправді, дослідження подібної системи цікаво не тільки в якості розваги, але і для опису більш серйозних наукових і технічних проблем, які пов'язані зі стійкістю метастабільних станів і поширенням в них нелінійного хвильового фронту. Наприклад, для визначення жорсткості сіток або при дослідженні динаміки руйнування мікротрубочок в клітинах.
У своїй роботі механіки зняли на високошвидкісну камеру поширення такої хвилі для шести різних типів паличок (різного розміру і з різних видів дерева), після чого описали отримані дані за допомогою відносно простої фізичної моделі.
Виявилося, що підйом хвилі в кожній комірці стрічки відбувається через віддачу, викликану висмикуванням першої палички в комірці. Тому динаміка всієї системи визначається швидкістю висмикування найпершої палички, що фіксує структуру стрічки, і імпульсом, який передається системі відразу після цього. Якщо запустити хвилю з правильного боку, то вона піднімається вгору і поширюється вздовж стрічки з постійною швидкістю. Швидкість поширення (величиною кілька метрів на секунду) при цьому пропорційна швидкості висмикування зі стрічки фіксуючої палички.
Вченим вдалося показати, що характерна форма утворюваної хвилі у вигляді кобри визначається співвідношенням імпульсу, який передався системі при запуску хвилі, і пружними і гравітаційними силами, які прагнуть привести всю систему до стійкого рівноважного стану. Залежно від маси паличок, механіки виділили два асимптотичні режими поведінки такої стрічки. Для легких паличок хвиля піднімається на висоту, яка визначається структурою стрічки і розмірами однієї палички, а для важких паличок на висоту буде впливати і її маса. Вчені також встановили, що хвилю можна викликати лише в досить вузькому діапазоні параметрів: паличка повинна бути не дуже важкою, але при цьому не дуже легко ламатися. Більшість дерев'яних паличок від ескімо в цей діапазон входить.
Поширення одиночних хвиль може впливати на процеси, що протікають в абсолютно різних за своєю природою системах. Раніше ми писали, наприклад, про поширення хвиль високої амплітуди в СВЧ-діапазоні і візуалізацію ударних хвиль в алмазі.