Tại sao kéo một sợi tóc lại khiến nó cuộn thành lò xo tí hon
Hãy nhặt một sợi tóc, kẹp một đầu, và kéo móng tay cái dọc theo chiều dài của nó. Buông ra. Đầu tóc không giữ thẳng — nó xoắn thành một cuộn nhỏ, chặt, như lò xo bạn có thể thấy bên trong bút bi bấm. Đó là một trò mẹo nhỏ kỳ lạ, không tốn kém gì và gần như luôn thành công.
Thoạt nhìn, điều này vô lý. Nếu bạn chỉ kéo một vật liệu dọc theo chiều dài, nó phải giãn ra, chứ không cong sang bên. Một sợi dây cao su kéo thẳng không đột nhiên uốn thành hình xoắn ốc. Vậy tóc đang làm gì?
Câu trả lời bắt đầu từ cấu trúc. Tóc không phải là một thanh đặc đơn giản. Nó chủ yếu được tạo thành từ keratin, một loại protein tập hợp thành những sợi dài như dây thừng. Những sợi này được xếp bên trong thân tóc theo cách xoắn lại, hơi giống các tao của một sợi cáp. Khi bạn kéo móng tay qua bề mặt, bạn không kéo đều. Bạn cào một bên nhiều hơn bên kia, tạo ra sự chênh lệch giữa bên chịu lực căng và bên được để yên.
Bên bị kéo giãn trở nên dài hơn và mỏng hơn một chút. Bên kia giữ nguyên. Vì hai bên giờ có độ dài khác nhau, sợi tóc không còn cách nào khác ngoài cong về phía ngắn hơn — giống như dải kim loại kép cong lên khi một lớp giãn nở nhiều hơn lớp kia. Làm điều này lặp đi lặp lại dọc theo chiều dài, và các chỗ cong tích tụ thành hình xoắn ốc.
Còn một hiệu ứng thứ hai nữa. Các sợi keratin có hướng xoắn ưa thích, và tóc có xu hướng tự nhiên cuộn lại khi bị nén. Kéo giãn một cạnh trong khi phần còn lại chống lại tạo ra mô-men xoắn, một lực xoắn, dọc theo thân tóc. Khi sợi tóc được buông ra, năng lượng tích trữ tháo xoắn thành một đường xoắn ốc gọn gàng thay vì một mớ rối loạn.
Kết quả phụ thuộc vào tóc của bạn. Tóc mảnh, thẳng thường cuộn chặt và đều. Tóc dày hoặc đã qua xử lý hóa học — tẩy, uốn, hoặc duỗi — có thể xoắn bất thường hoặc đứt, vì cấu trúc protein bên trong đã bị tổn hại. Độ ẩm cũng quan trọng: tóc ẩm đàn hồi hơn vì các phân tử nước len vào giữa các sợi keratin và làm lỏng liên kết của chúng.
Các nhà nghiên cứu về cơ sinh học tóc thấy hành vi này hữu ích. Những nguyên tắc tương tự giải thích tại sao tóc rối, tại sao chẻ ngọn hình thành, và tại sao một sợi tóc có thể hoạt động như một lò xo xoắn tí hon trong nghiên cứu dệt may và vật liệu. Một số phòng thí nghiệm thậm chí đã nghiên cứu các cuộn xoắn lấy cảm hứng từ tóc làm mô hình cho cảm biến linh hoạt và robot mềm.
Vậy lần tới khi bạn thấy một sợi tóc rơi trên tay áo, hãy thử. Kẹp, kéo, buông. Điều trông như một khoảnh khắc vụn vặt thực ra là một minh chứng nhỏ của khoa học vật liệu — và một lời nhắc rằng các vật thể thường ngày, khi được xem xét kỹ, hiếm khi hành xử như trực giác của chúng ta mách bảo.