Неньютоновы штаны

Втискиваясь как-то в накрахмаленную рубашку, Дедал задумался о механических свойствах одежды. Он пришел к мысли, что волокна, обладающие ярко выраженными нелинейными механическими свойствами, подняли бы портняжное дело на качественно новый уровень. Реальные жидкости в своем поведении сильно отклоняются от ньютонова закона вязкости, проявляя очень широкий спектр нелинейных механических свойств. Одна крайность — это дилатансия (значительное повышение вязкости с увеличением нагрузки), другая — тиксотропия (значительное уменьшение вязкости с увеличением нагрузки). Известны также жидкости, у которых наблюдаются гистерезис и другие аномальные свойства.

Поэтому Дедал придумывает способ изготовления капиллярных волокон, заполненных такими жидкостями, и подыскивает полимеры с нелинейными свойствами, пригодные для изготовления волокон. Прежде всего его интересует волокно с ярко выраженной дилатансией. Изготовленная из такого волокна ткань не мешает обычным медленным движениям тела, но становится очень жесткой при попытке совершить резкое движение. Одежда из этой ткани очень пригодится для чрезмерно подвижных детей и суматошных сангвиников — она заставит их совершать плавные и грациозные движения и отучит от порывистости и угловатости. Такая одежда найдет большой спрос в институтах красоты и в школах йоги, где превыше всего ценится изящество жестов. К сожалению, стирать эту одежду будет очень трудно, поскольку с нею не справится ни одна стиральная машина. Но, поскольку дилатансия зависит от температуры, Дедал надеется добиться того, чтобы в горячей воде такая одежда становилась абсолютно мягкой, а после охлаждения восстанавливала свои нелинейные свойства.

Дилатантная одежда поможет также в борьбе с нарушителями общественного правопорядка. Например, обязав футбольных болельщиков являться на стадион только в такой одежде, мы существенно умерим их страсти, лишив возможности устраивать потасовки. Таким же способом можно обезопасить автомобилистов на случай аварии. Поначалу Дедал решил, что из его ткани выйдет отличное военное обмундирование. Но, поразмыслив как следует, он понял, что армии нужно нечто совершенно противоположное, и занялся разработкой тиксотропных волокон. Военная форма, пошитая из тиксотропной тканн, будет препятствовать любым движениям, если они не совершаются достаточно энергично; энергичные же движения не встретят никакого сопротивления. Поэтому надевший эту форму будет вынужден либо оставаться совершенно неподвижным, либо двигаться в ускоренном темпе.

New Scientist, May 26, 1977

Как изготовить «неньютоновское волокно»? Очевидно, эти волокна должны быть композитными и содержать некоторое количество обычного волокна, воспринимающего растягивающие нагрузки. Стало быть, либо обычное волокно должно быть покрыто слоем вещества с подходящими реологическими свойствами, либо капиллярное волокно должно быть заполнено соответствующей жидкостью. Второй вариант, по-видимому, предпочтительнее, так как в этом случае можно использовать и липкие, и текучие жидкости. Капилляры можно заполнять жидкостью примерно так, как заполняют конфеты жидкой начинкой, — наполнитель переводится в твердое состояние и покрывается оболочкой, а затем вновь размягчается. Заманчиво было бы взять в качестве наполнителя волокна какую-нибудь съедобную начинку со свойствами неньютоновской жидкости.

Обработка волокон. Прясть и ткать придуманное Дедалом волокно будет непросто. Придется проводить эти процессы при высокой температуре, чтобы уменьшить вязкость. Гибкость тиксотропных волокон может обеспечиваться ультразвуковой вибрацией ткацких и швейных машин. После снятия вибрации готовая одежда станет жесткой. Кстати, такая одежда будет обладать любопытным свойством, особенно если тиксотропия будет проявлять заметный гистерезис. После того как сопротивление одежды будет сломлено, она позволит беспрепятственно повторять одно и то же движение. Так что в такой одежде удобно будет, например, маршировать.

Государственный флаг Великобритании соткан из тиксотропного волокна фирмы КОШМАР. При порывах ветра волокно теряет жесткость и флаг свободно развевается. Когда же ветер стихает, флаг приобретает жесткость и гордо реет в высоте, в то время как обычные флаги бессильно болтаются на флагштоках.