Естественные науки

почему мокрая ткань рвется труднее чем сухая, а бумага - наоборот

Erkin Isakov
Erkin Isakov
529
Это просто. С точки зрения строения у ткани и бумаги есть общая черта - они представляют собой волокна (полимерные структуры) , "скреплённые" между собой водородными связями. Что касается различия, то ткань как правило представляет собой систему достаточно упорядоченных волокон, в то время как в обычной бумаге степень упорядоченности намного ниже. Кроме того, ткань более плотная, т. е. среднее расстояние между волокнами у неё меньше, чем у бумаги. Именно поэтому вода может влиять по-разному на прочность этих материалов. Проникая в ткань, молекулы воды с большей вероятностью образуют водородные связи МЕЖДУ различными волокнами, тем самым дополнительно их скрепляя. Наоборот, в мокрой бумаге молекулы воды образуют водородные связи с ОТДЕЛЬНЫМИ молекулами волокон, ослабляя при этом "старые" связи между волокнами. По этой причине простая мокрая бумага быстро разбухает и значительно теряет свою прочность.
ВА
Василий Анисимов
25 917
Лучший ответ
Вопрос, а следовательно и ответ, совсем не такой уж однозначно простой. Тут, во-первых, еще не известно, какая ткань рвется легче. Может в любую сторону выйти.

Сразу ограничимся тем, что ткань и бумага сделаны из одного и того же полимера - целлюлозы. Как-то там обработанной (пусть одинаково, что маловероятно) , но все-таки целлюлозы. Как влияет вода на механические свойства целлюлозы? Ответ однозначный: с повышением влажности прочность на разрыв падает! Это я как специалист говорю. Виноваты эти самые водородные связи между соседними макромолекулами, которые вода разрушает.

Но ведь бумага и в сухом виде рвется раньше ткани. Пусть она будет сделана из тех же волокон, что и ткань, ее структура не оптимизирована по прочности. Волокна просто спрессованы вместе и удерживаются простым трением (и может быть какие-то добавки - водорастворимые - кое-как склеивают волокна) . При разрыве волокна расползаются пока оставшиеся слишком спутанные неудачники не порвутся.

В воде же волокна намокают, становятся менее жесткими и более скользкими. Им, гибким и скользким, проще распутываться, так что неудачников становится меньше. Да и прочность у волокон тоже падает. Прямая аналогия с китайской лапшой.

Ткань оптимизирована по прочности куда лучше. Волокна ориентированы друг относительно друга и скручены в нити, а нити "сотканы". Тут уж как получится - либо качество ткани такое, что ключевым оказывается прочность отдельных волокон (и тогда мокрая ткань рвется легче) , либо "смазывание" и "гибкость" приводит к "расползанию" (и тогда опять мокрая ткань рвется легче) , либо случится так, что при определенной деформации (я так понимаю, что в нашем случае ткань, возможно надрезанную, растягивают за два соседних угла чтобы разорвать пополам) т. н. локальные напряжения (нагрузки в определенном месте - там где и рвется - которые существенно выше чем в среднем) в случае мокрой тряпки менее "локализованы", чем с случае сухой. Это может быть связано с тем, что волокна (или нити в целом) становятся более податливыми (сильнее растягиваются при напряжении) и пластичными и с тем, что нити легче проскальзывают друг относительно друга. В результате, в случае мокрой ткани той же нагрузке противостоит большее число волокон и разрушение наступает позднее.
M Tlek V
M Tlek V
8 007
потому что если ткань намочит то в ней будут
молекулы а бумага наоборот рвется при состыковки с
молекулами понятно
Erkin Isakov не очень понятно. А что, в сухой ткани молекул нет? и вопрос как раз в том ПОЧЕМУ
а почему сухой куст сломать легче чем "живой"?!
ткань ето органика ( за исключением различных синтетиков которые наоборот превращаются от воды не пойми во что) , любой органике нужна влага для повышения упругости
Это не так просто.
Согласен Маратом о структуре: ткань это упорядоченные волокна, бумага - хаотичные и короткие.
Не согласен что расстояния между волокнами в бумаге больше. Возьмем к примеру тюль и плотный картон.
Не очевидна логика от межволоконного расстояния до влияния водородных связей. На макроуровне водородные связи можно (?) рассматривать как капиллярные, те что позволяют строить замки из мокрого песка. Действительно чем меньше расстояния между частичками, тем сильнее эффект капиллярных сил (замки из мелкого песка а тем более глины прочнее чем из крупного зернистого песка) , но капиллярные силы не должны приводить к ослаблению связей.

Итак, волокнистая структура.
Вода смазывает волокна и позволяет им скользить друг относительно друга, не влияя, в первом приближении, на прочность самих волокон.

Возьмем ветку, мокрый прутик. Согнем его. Обратим внимание на гармошку на внутренней стороне сгиба. Волокна отслоились, обеспечив равенство длин по внутренней и наружной поверхностям. Будем мять и сгибать прутик дальше, в разные стороны. Волокна расслоятся в мочалку, но общая прочность прутика на разрыв не уменьшится. Рвется там где тонко, а взаимное скольжение позволяет распределять нагрузку. Прочность прута на разрыв равна суммарной прочности его волокон.

Бумага - как нарезанная на кусочки и спрессованная мочалка, и прочность волокон не суммируется.

Представим дерево\прутик\ткань как девичью косу из волос. Разрыв косы связан с разрывом волос. Польем косу водой и заморозим - волосы не смогут взаимно скользить - коса станет хрупкой и сломается.
Бумагу же можно представить как вплетенные в волосы шнурки-дреды. Тянем за шнурок - он выскальзывает. Пойдет модница купаться - вся прическа расплетется и рассыплется сама собой.

Впрочем, моё объяснение должно предсказывать расползаемость промасленной бумаги, что не однозначно и надо проверять. Если вопрос не будет закрыт на неделе, постараюсь проапдейтить.
Василий Анисимов Добрый вечер, Юрий. У меня несколько комментариев к Вашим рассуждениям.

1) Когда я писал, что расстояния между волокнами в ткани в СРЕДЕМ больше, чем в бумаге, я имел в виду количество УЗЛОВ (.т.е. пересечений волокон) на единицу площади - в более упорядоченной ткани эта величина, очевидно, больше, чем в бумаге (даже в плотном картоне). А наиболее эффективно полимерные волокна можно скрепить друг с другом (в том числе, посредством воды) именно в узлах.
2) Я не думаю, что представления о капиллярности (смачиваемости) здесь полезны: предполагается, что вода смачивает как ткань, так и бумагу одинаково ХОРОШО.
3) Насчёт промасленной бумаги: она НЕ расползается; ещё в советские времена в низкосортную бумагу заворачивали сливочное масло при розничной распродаже :)