随手捡起一根掉落在身上的头发,一只手捏住它的一端,另一只手用拇指和食指的指甲尖夹住发丝,顺着长度方向一捋。松手以后,原本近似笔直的头发末端竟变成了一枚细小而规整的弹簧。
图 1 指甲夹持并滑过后,头发末端形成多个紧密线圈 这个动作看上去只是在“顺着头发拉扯”。可如果受力真的只有轴向拉伸,头发为什么会向侧面弯曲,还离开平面卷成了螺旋呢? 这不是一次单纯的轴向拉伸 先看一个理想情形。一根均匀、笔直的细杆受到沿中心轴的拉力,各处会产生近似相同的轴向应变。卸载后,它要么恢复原长,要么留下均匀伸长。这个受力过程保持左右对称,不会指定细杆向哪一侧弯曲。 指甲缝里的头发却不是这样。两个指甲尖施加一对方向相反的法向力 N,发丝相对指甲向左滑动时,指甲对发丝的摩擦力 f 沿局部切线向右。与此同时,发丝必须绕过甲尖附近很小的曲率半径。它经历的是张力、夹压、摩擦和强弯曲的组合,而不仅单轴拉伸。
图 2 指甲夹持头发瞬间可能的局部受力示意 |
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