為什麼特別細的纖維，或者特別薄的絲帶狀物在受到外力作用下容易捲曲成圈，如何從物理上解釋？

01-13

例如頭髮特別細就容易卷，beta型InS (硫化銦)呈帶狀容易捲曲成環。文獻上只是簡單說明成「if the energy of bending a ribbon into a coil is larger than the strain energy resulting form the induced curvature, the formation of coils would be favorable.」(PP. Wang JACS 2013, 135, 6834-6837)

我來用材料力學的角度來解釋一下，也不一定對，但也是一種思路。在材料受彎的過程中，根據平行面假定，受彎區的應變與材料的厚度成正比，也就是為什麼越薄的材料它的flexibility更好，因為越薄，摺疊或者受彎時其應變越小，所以材料也就不會破壞，在土木領域很多時候也用應變來控制制安全界限而不是採用受力。但同時材料做薄了後，它的自身剛度就會大幅下降。就像保鮮膜（不是保險袋）很難保持平整，很容易褶皺，而一張紙或者一塊鐵皮就能保持平整，這也是因為厚度引起的自身剛度變化和不同材料自身剛度不同的緣故。至於一維的線也是同個道理。

這是我材料力學的解釋，如果你有其他有意思的想法，歡迎交流。

一方面，由於材料剛度（表示材料抗變形的能力）正比於材料的橫截面積，細小的材料剛度很低。另一方面，細長的材料長徑比很大，施加很小的力就能產生很大的彎矩。二者結合導致材料容易彎曲。

材料的自發彎曲常常是由材料的不均勻性引起的。假如一條鋼絲拉伸後變形稍微有些不均勻，那麼鋼絲就會往拉伸量小的一側彎曲。因此工業上鋼絲拉直往往需要輔以加熱退火，消除鋼絲內部不均勻的應力。

這個，我覺得可能是受力不均勻吧，可以把頭髮放大來想像，我們平常給與頭髮施加的拉力並不是和髮絲的軸心在一條直線上，拉力的斜向分力會導致材質分身延伸長度不一致，所以會向一側彎曲。

最簡單的，拔一根頭髮用指甲刮過去，就會有分曉~

有人笑話說熵增的，其實肯定是對的吧，就是太簡略，我覺得是高長細比柔性材料為了自穩定向崩塌狀態轉變，保證均勻空間分布又連續最好形式就是螺旋，好像指甲長特別長也會這樣，至於為什麼有的螺旋大有的小，我覺得和長細比無關，搞不好和截面形狀有關。如果一定用力學解釋，那就是用極限概念，每一個材料小段不能自持時候都會通過扭轉獲得支撐，再下一段如果反向旋轉會耗能持續同一時針轉向是熵增，…又想了下,中心對稱截面看來不容易從螺旋中獲得支持，扁截面慣性據大在螺旋中獲得支持大所以應該更密更明顯，所以用指甲掛過頭髮會打卷因為刮扁了

熵增哈哈哈哈哈哈哈哈

隨便答答，不保證準確。

可能有內力和外力的作用。

所謂內力就是內應力。纖維在製造過程中所產生的內應力並未完全釋放掉，從而造成纖維的扭曲。纖維是一種高度取向、高度有序的材料，處於不穩定狀態。而高分子材料的穩定狀態是無規線團狀態，所以纖維總會有非常緩慢的回縮趨勢，這種回縮的驅動力稱為內應力。內應力的方向跟鏈段取向的方向有關，而高分子經拉伸後，並不是整齊排列的，只是相對有序而已，這樣就造成纖維內部每一處的內應力大小、方向的區別。纖維內的分子會沿著內應力的方向運動，不同區域的分子運動速度、方向不同，造成了纖維的彎曲、扭曲。前面回答的熵增是非常有道理的，無外力的情況下，內應力的作用結果就是增加熵。

所謂的外力比較廣泛，比如纖維尺寸不均勻、在環境中受力不均勻等。由於纖維直徑非常小，尺寸上非常細微的差別就能造成其彎曲。拿塑料做個例子，機場行李打包用的帶子一般都是用PP做的，在生產過程中要非常注意帶子尺寸穩定性，如果帶子兩邊厚度有零點零三毫米以上的偏差，帶子一般都是會有比較嚴重的彎曲的。