Fisika di dunia binatang: cicak tokek
Foto: WikimediaGecko adalah penghuni wilayah tropis dan subtropis Dunia Lama dan Baru. Kadal ini hidup di benua dan pulau-pulau, jangkauan distribusinya sangat luas. Tokek memiliki satu fitur - mereka dapat bertahan di hampir semua permukaan. Bahkan satu kaki memegang berat badan hewan. Permukaan bisa berupa apa saja - kayu, batu, bahkan kaca yang dipoles.Kemampuan tokek untuk berpegang teguh pada apa pun diperhatikan oleh orang Yunani kuno. Aristoteles mencoba memahami prinsip mengamankan cicak kadal, para ilmuwan abad pertengahan juga tertarik pada tokek. Mereka sedang dipelajari di zaman kita. Ada beberapa teori yang menjelaskan kemampuan luar biasa kadal ini dalam "mendaki gunung."Pengisap jari. Salah satu penjelasan pertama yang terlihat cukup logis. Benar, setelah mempelajari cakar tokek di bawah mikroskop, ternyata tidak ada cangkir isap di jari. Sayangnya, mitos pengisap masih hidup sampai sekarang.Elektrostatik . Penjelasan lain yang masuk akal, yang mampu membantah (walaupun ada beberapa konfirmasi dari teori ini, kita akan membicarakannya di bawah), menciptakan kondisi di mana tidak ada biaya di kaki tokek. Hewan itu masih dipegang dengan kuat di permukaan yang halus.Penolakan diterima kembali pada 30-an abad terakhir. Ilmuwan Jerman Wolf-Dietrich Dellit (Wolf-Dietrich Dellit) mengarahkan aliran udara terionisasi ke kaki-kaki tokek, yang ditahan pada permukaan logam. Ionisasi, menurut Dellit, seharusnya menetralkan atau secara signifikan mengurangi kekuatan adhesi kaki ke permukaan, jika mekanisme kopling memiliki sifat listrik. Ini tidak terjadi, jadi disimpulkan bahwa tokek menggunakan sesuatu yang lain.Ilmuwan Kanada Alexander Penlidis percaya bahwa percobaan ini tidak benar. Faktanya adalah bahwa kontak antara kaki-kaki tokek dan permukaan sangat ketat, sebagai akibatnya molekul terionisasi tidak mampu menembus antara struktur ultra-kecil cakar dan permukaan dan menetralkan interaksi.Pegangan cakar tokek dengan penyimpangan permukaan . Penjelasan ini juga tidak cocok, karena tokek dapat bergerak pada permukaan vertikal kaca yang dipoles. Selain itu, mereka dapat bergerak di sepanjang langit-langit dari bahan yang sama.
Foto: wikipediaDengan munculnya mikroskop elektron, kaki tokek dipelajari secara detail. Ternyata, itu ditutupi dengan bulu yang sangat tipis, yang panjangnya mencapai ratusan mikrometer. Konsentrasi bulu per unit luas permukaan paw sangat tinggi: lebih dari 14.000 rambut per 1 mm 2 . Setiap bulu, pada gilirannya, bukan formasi monolitik, tetapi dibagi pada akhirnya menjadi 400-1000 serat yang lebih kecil. Ketebalan serat tersebut adalah 0,2 μm. Pada 1 cm 2Kontak dengan permukaan menyumbang sekitar 2 miliar serat, yang masing-masing mengembang menjelang akhir.
a. Tokek kaki b. "Bantal" jari tokek di bawah mikroskop c. Salah satu bulu telapak tokek. Ini mengalami peningkatan besar. Peningkatan bulu maksimum (foto: somuchnews ).Ilmuwan Amerika telah menemukan bahwa kaki tokek memiliki arus 10 Newton per 1 cm 2.. Adhesi semacam itu hanya mungkin untuk permukaan yang halus, di mana hampir semua serat pada kaki hewan terlibat. Jika kita berbicara tentang permukaan yang sering ditemukan di habitat tokek - batu, pohon, hanya sebagian dari serat pada cakarnya yang terlibat di sini (karena banyaknya penyimpangan pada permukaan ini), tetapi ini cukup untuk menjaga binatang itu tetap di tempatnya.Ternyata, rambut mikroskopis pada kaki tokek menempel ke permukaan pendukung melalui kekuatan van der Waals. Pasukan Van der vaals—Kekuatan interaksi antarmolekul (dan interatomik) dengan energi 10-20 kJ / mol. Dasar gaya van der Waals adalah gaya interaksi Coulomb antara elektron dan inti dari satu molekul dan inti dan elektron dari yang lain. Pada jarak tertentu antara molekul, gaya tarik dan tolakan saling menyeimbangkan, dan sistem yang stabil terbentuk. Persis seperti sistem yang membuat cakar tokek mengimbangi permukaan yang bersentuhan dengannya.Struktur kompleks paw menyediakan satu sifat lagi - hidrofobik. Cakar mengusir air dan kotoran, sehingga tokek dapat bergerak dengan baik di permukaan yang basah.Tokek dengan mudah melepaskan kaki dari permukaan tempat ia melekat. Mekanisme khusus digunakan untuk ini. Faktanya adalah bahwa bulu yang melekat pada bahan apa pun dapat dengan mudah dilepas jika sudut antara serat dan permukaan lebih dari 30 °. Saat bergerak, mengubah sudut kontak cakar dan permukaan, tokek dengan mudah memperbaiki dan melepaskan cakarnya. Biaya energi untuk proses ini minimal.Pasukan Vand der Waals atau yang lainnya?
Dua tahun lalu, ilmuwan Kanada Alexander Penlidis memutuskan untuk secara independen mempelajari mekanisme adhesi cakar tokek ke permukaan. Ternyata, ketika kaki dan permukaan bersentuhan, terjadi pertukaran muatan listrik. Akibatnya, muatan elektrostatik positif terbentuk di kaki dan muatan negatif di permukaan.Penlidis bereksperimen dengan dua jenis permukaan polimer - Teflon AF dan polydimethylsiloxane. Menurut kesimpulan yang dibuat oleh ilmuwan sesuai dengan hasil penelitian, gaya adhesi berkorelasi dengan besarnya muatan elektrostatik dari kaki dan permukaan. Dan dari sini dapat disimpulkan bahwa muatan listriklah yang memainkan peran utama dalam adhesi paw ke permukaan.
Penelitian ini menarik, tetapi tidak menjawab pertanyaan penting - bagaimana tokek ditahan pada permukaan yang sangat tidak rata, di mana jauh lebih sulit untuk memastikan adhesi menggunakan muatan listrik daripada pada permukaan yang datar. Mungkin kaki-kaki tokek memiliki mekanisme penggandaan ganda - baik gaya van der Waals maupun muatan listrik.Efek air
Dalam sebagian besar kasus, para ilmuwan melakukan percobaan dengan tokek di lingkungan yang kering. Para ilmuwan dari Universitas Akron memutuskan untuk memeriksa seberapa baik kadal dapat bergerak di permukaan basah. Ternyata, jika Anda menyemprotkan air di piring kaca, maka hewan itu memegang permukaan seperti itu jauh lebih buruk daripada di piring yang sama tanpa tetes air.Meskipun demikian, tokek tetap bertahan di permukaan yang basah. Tetapi jika piring direndam pada kedalaman yang dangkal dalam air, dan tokek sekali lagi ditempatkan di atas piring, maka kadal tidak dapat tinggal di permukaan dalam kondisi seperti itu. Jika Anda merendam kaki tokek ke dalam air selama satu setengah jam, dan kemudian menaruhnya di atas gelas, maka ia akan terlepas, tidak bisa mendapatkan pijakan.Menurut Alyssa Stark dari Universitas Akron, ini disebabkan oleh fakta bahwa air mengganggu kekuatan interaksi van der Waals, dan kaki-kaki tokek tidak dapat diperbaiki di permukaan.Bukan hanya cakar
Seluruh tubuh tokek terlibat dalam mekanisme memperbaiki cakar di permukaan, kata para ilmuwan dari University of Massachusetts di Amherst. Tubuh reptil, menurut Alfred Crosby (Alfred Crosby), berperan sebagai pegas, yang menekan cakarnya ke permukaan. Dan semakin besar berat badan tokek, semakin kuat musim semi ini . Berkat mekanisme ini, tokek besar, dan bukan hanya kerabat kecil mereka, sempurna ditahan di permukaan apa pun.Terlepas dari kenyataan bahwa Alexander Penlidis mampu membuktikan pengaruh muatan listrik pada kemampuan adhesif cakar tokek, sebagian besar ahli masih mendukung sudut pandang tentang mekanisme adhesi berdasarkan kekuatan van der Waals. Sekarang para ilmuwan sedang mencoba menjelaskan masalah menarik lainnya - asal mula mekanisme ini dalam proses evolusi.Gecko Scotch
Karena mekanisme kaki tokek telah dipahami secara umum, orang-orang telah mencoba mereproduksi secara artifisial. Secara khusus, agensi DARPA menciptakan peralatan panjat yang memungkinkan seseorang dengan berat 122 kg (berat badan + muatan) untuk memanjat dinding tipis kaca hingga ketinggian 7,6 m. Seorang insinyur Stanford menciptakan robot yang dapat memanjat permukaan yang nyaris halus. Manipulator robot juga dimodelkan pada kaki tokek. Dan ahli dari University of Pennsylvania dikembangkanJenis baru gripper presisi tinggi yang dapat digunakan dalam produksi untuk bekerja dengan bagian-bagian kecil. Pengembangan pita perekat super, yang dapat menahan banyak siklus penggunaan dan permukaan yang tidak terkontaminasi dengan penggunaan jangka panjang, juga sedang berlangsung. NASA telah mengembangkan gunung khusus yang dapat digunakan baik di Bumi maupun di gravitasi nol di ruang angkasa. Hal ini memungkinkan Anda untuk mengencangkan barang ke permukaan menggunakan "Velcro" khusus yang dibuat dalam gambar dan rupa permukaan kaki tokek.Source: https://habr.com/ru/post/id396299/
All Articles