فرو القندس كعينة من بذلة

القندس العادي

وثعالب البحر (ثعالب البحر) يفتقر إلى طبقة سميكة من الدهون التي تحتفظ بالحرارة بين الفظ والحيتان. ومع ذلك ، تمكنت القوارض الصغيرة شبه المائية من البقاء دافئة وحتى جافة والغوص تحت الماء. العلماء مهتمون للغاية ببنية جلد فرو القندس. قد يكون من الممكن بناء نفس مادة مسعور بشكل مصطنع.

تحدث خصائص مسعور من فرو القندس والعزل الحراري للجسم بسبب حقيقة أن جيوب الهواء الدافئ تتشكل في فرو القندس. يعملون كعازل.

أخذ المهندسون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مثل هذا الهيكل كنموذج - وصنعوا جلودًا مرنة تشبه الفراء من مادة اصطناعية . وبمساعدتهم ، درسوا العمليات الفيزيائية التي تحدث عندما تعلق فقاعات الهواء بين شعيرات فردية في الشعر ، وتغمس المادة في سائل.

نتائج الدراسة نشرت 29 يوليو 2016 في مجلة الاستعراض الجسدي، سوائل (دوى: 10.1103 / PhysRevFluids.1.033905).

"نحن مهتمون بشكل خاص بالبدلات الغاطسة للسباحة ، حيث يحرك الرياضيون الأطراف بالتناوب في بيئات مختلفة - الهواء والماء" ، قالأنيت (بيكو) هوسوي (أنيت (بيكو) هوسوي) ، أستاذ الهندسة الميكانيكية وعميد القسم المعني بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. - يمكننا التحكم في طول الشعر والمسافة بينهما والموضع النسبي. هذا يسمح لك بتصميم مواد مناسبة بشكل مثالي لسرعة معينة للسباح ، مع أقصى مساحة للأنسجة الجافة. في إعداد العمل العلمي ، ساعدت الأستاذة زملاء من قسمها ، بالإضافة إلى متخصصين من التخصصات ذات الصلة ، بما في ذلك مدرس MIT في الرياضيات التطبيقية.

يوضح هذا المثال أنه بالنسبة للعديد من المشاكل الهندسية ، يمكن للبشرية أن تجد أمثلة على الحلول الفعالة في الطبيعة. في هذه الحالة ، تم تعيين المهمة للعثور على المعادل البيولوجي للغطس للسباحة ، بحيث يجف النسيج في أسرع وقت ممكن بعد إزالته من الماء ، ولكن في نفس الوقت يحافظ على الخصائص الحرارية ، أي أنه يوفر للسباح حرارة تحت الماء.

تم توجيه السؤال إلى علماء الأحياء. ونصحوا بالبحث عن حل في الحيوانات شبه المائية مثل سمور.

عندما بدأ المهندسون بدراسة الموضوع ، اكتشفوا أن الحيوانات لديها بالفعل نوعين من المعطف: 1) معطف واقٍ خارجي طويل و 2) معطف قصير كثيف. يقترح العلماء أن الطبقة الأولى تحمي الطبقة الثانية من الماء ، ولكن حتى الآن لم يكن هناك فهم علمي واضح ونموذج لكيفية حدوث هذه العملية. يسرد الجدول دراسات علمية سابقة حول دراسة أنواع مختلفة من الصوف في الحيوانات شبه المائية.

تحقيقا لهذه الغاية ، مجموعة من الباحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وتصميم المواد المرنة الاصطناعية. على قوالب الأكريليك ، تم حرق الثقوب تحت سيطرة برنامج كمبيوتر وفقًا لنمط معين ، مع مراعاة الدقة للمسافة بين الثقوب. ثم تم وضع التشكيل من مادة البولي ميثيل سيلوكسان ، وهي مادة تشبه المطاط ، في القالب. أخذ الشكل الصحيح تحت الضغط ودرجة الحرارة.

يوضح الرسم التوضيحي خصائص هذه المادة ، حيث توجد جزيئات الصوف في هيكل سداسي ، والمسافة بين الصوف تساوي قطرها. تم غمر المادة في السوائل بسرعات مختلفة باستخدام تركيبات آلية خاصة. يوضح الرسم البياني أدناه نتائج التجربة عندما تكون المادة مغمورة في سائل بسرعة 5 مم / ثانية. تظهر جيوب الهواء باللون الأسود.

تم غمر المادة في الماء بسرعات مختلفة وتم تسجيل التجارب على الفيديو.



كما اتضح ، عندما يتم غمره في سائل بين شعيرات فردية ، "سدادات" شعرية غريبة مع شكل الهواء. يمكن أن يخترق الماء إلى عمق معين فقط.

تمت دراسة نسبة المنطقة الجافة من الشعر إلى الطول الإجمالي للشعر تجريبياً ، اعتمادًا على كثافة السائل ، وسرعة الغمر ، والمسافة بين الشعر في تناظرية اصطناعية لشعر القندس.

أظهرت التجربة أن طبقة الهواء في الطبقة السفلية تصبح أرق مع زيادة عمق الغمر وانخفاض سرعة الغمر. بالإضافة إلى ذلك ، يعتمد سمك طبقة الهواء على سمك خط الشعر. من وجهة نظر مادية ، يدفع ضغط السوائل فقاعات الهواء خارج "فخ" الشعر ، لكن لزوجة وكثافة السائل تمنع حركتهما.

اتضح أنه من المهم جدًا تحديد موقع الشعر بالنسبة لبعضها البعض. تمكن العلماء من إنشاء نموذج رياضي يصف خصائص المادة اعتمادًا على هيكلها. وبالتالي ، من الممكن اختيار الطول الأمثل للشعر ، وسمك الشعر والمسافة بينهما اعتمادًا على كثافة السائل وسرعة الجسم.

بمعرفة الصيغة ، يمكننا الآن أن نقول بوضوح ، بالنظر إلى عينة الصوف ، سواء كانت ستحتفظ بالهواء أم لا - في أي سائل وبأي سرعة.

يعتقد مؤلفو العمل العلمي أن دراستهم يمكن تطبيقها ليس فقط في تطوير ملابس الغوص الأكثر فعالية ، ولكن أيضًا في مجالات أخرى لعلوم المواد. على سبيل المثال ، في حساب الخصائص الأكثر فعالية من الطلاء الواقي. في عملية تطبيق هذه الطلاءات ، يتم غمر المادة في سائل. الآن يمكنك حساب ما إذا كانت هناك فقاعات هواء تحت السائل. وبأي سرعة تحتاج إلى غمر المواد في الحمام للتخلص من فقاعات الهواء.

Source: https://habr.com/ru/post/ar398111/