Membongkar Misteri Ketahanan Tayar 100 Tahun

Selama hampir satu abad, getah bertetulang telah menjadi bahan penting dalam kehidupan moden, membolehkan tayar kereta dan pesawat menahan tekanan yang besar dan mengekalkan operasi sistem jentera perindustrian.

Walau bagaimanapun, saintis tidak pernah memahami sepenuhnya mengapa penambahan zarah karbon hitam ultrahalus menjadikan getah begitu tahan lama.

Kini, misteri ini telah diselesaikan secara rasmi, membuka peluang untuk mengeluarkan tayar dan bahan perindustrian yang lebih selamat, lebih cekap bahan api.

Sebuah pasukan penyelidikan yang diketuai oleh Profesor David Simmons, seorang jurutera di Universiti Florida Selatan (AS), telah menemui mekanisme tersembunyi di dalam bahan ini. Keputusan penyelidikan baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal saintifik Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Bagaimana kita boleh menggunakannya selama 80, 90, 100 tahun dan masih belum benar-benar mengetahui cara ia berfungsi?" kata Profesor Simmons. "Ia telah melalui proses percubaan dan kesilapan yang besar. Syarikat tayar boleh membeli pelbagai jenis karbon hitam – pada dasarnya jelaga gred tinggi – dan mereka hanya perlu menggunakan percubaan dan kesilapan untuk mengetahui apa yang berbaloi untuk dibayar lebih dan apa yang tidak."

Oleh kerana zarah jelaga dan interaksinya berlaku pada skala nano, pemerhatian langsung adalah sangat sukar.

Untuk menyelesaikan masalah tersebut, pasukan penyelidikan telah menjalankan 1,500 simulasi dinamik molekul, memodelkan tingkah laku ratusan ribu atom di dalam getah bertetulang.

Kunci kepada penemuan ini terletak pada sifat fizikal yang dipanggil nisbah Poisson, yang menggambarkan bagaimana bahan berubah bentuk apabila diregangkan. Apabila getah biasa diregangkan, ia akan menipis tetapi sebahagian besarnya mengekalkan isipadu keseluruhan yang sama. Walau bagaimanapun, penambahan karbon hitam mengubah sifat tersebut dengan ketara.

Zarah-zarah jelaga bertindak sebagai sokongan struktur mikroskopik dalam getah, menghalangnya daripada menipis seperti biasa apabila diregangkan. Akibatnya, getah terpaksa mengembang dalam isipadu – keadaan yang sukar ditentang oleh bahan itu sendiri.

Menurut para penyelidik, getah sebenarnya "berlawan dengan dirinya sendiri", sekali gus menghasilkan peningkatan kekerasan dan ketahanan yang ketara.

Penemuan ini tidak menyangkal teori saintifik terdahulu, sebaliknya menggabungkan semuanya menjadi penjelasan yang lengkap. Pasukan penyelidik mendapati bahawa rangkaian zarah, interaksi kohesif dan kesan pengisian ruang semuanya menyumbang kepada keupayaan bahan untuk menahan perubahan isipadu.

Pemahaman baharu ini mempunyai implikasi yang sangat besar untuk industri pembuatan tayar. Jurutera sering bergelut dengan "segitiga ajaib" dalam reka bentuk tayar: keseimbangan antara kecekapan bahan api, cengkaman dan ketahanan.

Memperbaiki satu atau dua faktor selalunya membawa kepada penurunan dalam satu pertiga. Simmons menyatakan, "Dengan penemuan ini, kami meletakkan asas baharu untuk reka bentuk tayar yang rasional."

Selain tayar, getah bertetulang digunakan secara meluas dalam loji janakuasa, sistem aeroangkasa dan infrastruktur kritikal lain di mana kegagalan bahan boleh membawa akibat buruk.

"Jika anda masih ingat, sebab Challenger gagal adalah kerana gasket getah menjadi terlalu sejuk," Simmons menyimpulkan.

"Banyak sistem kuasa dan loji kuasa mempunyai komponen getah. Setiap orang pernah mengalami hos taman yang mula bocor kerana gasket getah rosak. Sekarang bayangkan perkara itu berlaku di loji kuasa atau loji kimia."

(VNA/Vietnam+)

Sumber: https://www.vietnamplus.vn/giai-ma-bi-an-100-nam-ve-do-ben-cua-lop-xe-post1110352.vnp