Bulu Beaver sebagai sampel wetsuit

Berang- berang biasa Berang- berang dan berang-berang (sea berott) tidak memiliki lapisan lemak tebal yang menahan panas di antara walrus dan paus. Meskipun demikian, tikus kecil semi-akuatik tetap hangat dan bahkan kering, menyelam di bawah air. Para ilmuwan sangat tertarik dengan struktur kulit bulu berang-berang. Dimungkinkan untuk membuat bahan hidrofobik yang sama secara buatan.

Karakteristik hidrofobik dari bulu berang-berang dan isolasi termal tubuh terjadi karena fakta bahwa kantong-kantong udara hangat terbentuk pada bulu berang-berang. Mereka bekerja sebagai isolator.

Insinyur di Massachusetts Institute of Technology mengambil struktur seperti model - dan membuat kulit elastis seperti bulu dari bahan buatan . Dengan bantuan mereka, mereka mempelajari proses fisik apa yang terjadi ketika gelembung udara tersangkut di antara masing-masing rambut di rambut, dan bahan tersebut dicelupkan ke dalam cairan.

Hasil penelitian ini diterbitkan pada 29 Juli 2016 di jurnal Physical Review Fluids (doi: 10.1103 / PhysRevFluids.1.033905).

"Kami sangat tertarik pada pakaian selam untuk berenang, di mana atlet secara bergantian memindahkan anggota badan di lingkungan yang berbeda - udara dan air," kataAnette (Peko) Hosoi (Anette (Peko) Hosoi), profesor teknik mesin dan dekan departemen terkait Institut Teknologi Massachusetts. - Kita dapat mengontrol panjang rambut, jarak antara mereka dan posisi relatif. Ini memungkinkan Anda untuk merancang tekstur yang secara optimal sesuai dengan kecepatan perenang tertentu, dengan area jaringan kering maksimum. " Dalam mempersiapkan karya ilmiah, profesor dibantu oleh rekan-rekan dari departemennya, serta spesialis dari disiplin ilmu terkait, termasuk instruktur MIT dalam matematika terapan.

Contoh ini menunjukkan bahwa untuk banyak masalah teknik, umat manusia dapat menemukan contoh solusi yang efektif di alam. Dalam hal ini, tugas ditetapkan untuk menemukan padanan biologis pakaian selam untuk berenang, sehingga kain mengering secepat mungkin setelah dikeluarkan dari air, tetapi pada saat yang sama mempertahankan sifat termostatik, yaitu, memberikan perenang panas di bawah air perenang.

Pertanyaan itu ditujukan kepada ahli biologi. Dan mereka menyarankan untuk mencari solusi pada hewan semi-akuatik seperti berang-berang.

Ketika para insinyur mulai mempelajari topik tersebut, mereka menemukan bahwa sebenarnya hewan memiliki dua jenis mantel: 1) mantel pelindung luar yang panjang dan 2) mantel pendek dan padat. Para ilmuwan berpendapat bahwa lapisan pertama melindungi lapisan kedua dari air, tetapi sejauh ini belum ada pemahaman ilmiah yang jelas dan model bagaimana proses ini terjadi. Tabel ini mencantumkan studi ilmiah sebelumnya tentang studi berbagai jenis wol pada hewan semi-akuatik.

Untuk tujuan ini, sekelompok peneliti dari MIT dan merancang bahan elastis buatan. Pada cetakan akrilik, lubang dibakar di bawah kendali program komputer sesuai dengan pola yang diberikan, dengan ketelitian jarak antara lubang. Suatu bentuk awal dari polidimetilsiloksan, bahan seperti karet yang lembut, kemudian ditempatkan dalam cetakan. Dia mengambil bentuk yang tepat di bawah tekanan dan suhu.

Ilustrasi menunjukkan karakteristik bahan ini, di mana partikel wol berada dalam struktur heksagonal, dan jarak antara wol sama dengan diameternya. Bahan itu direndam dalam cairan dengan kecepatan yang berbeda menggunakan instalasi bermotor khusus. Diagram di bawah ini menunjukkan hasil percobaan ketika suatu bahan direndam dalam cairan dengan kecepatan 5 mm / s. Kantung udara ditampilkan dalam warna hitam.

Bahan itu dicelupkan ke dalam air dengan kecepatan yang berbeda dan percobaan direkam dalam video.



Ternyata, ketika direndam dalam cairan di antara masing-masing rambut, "sumbat" kapiler khusus dengan bentuk udara. Air hanya bisa menembus ke kedalaman tertentu.

Rasio daerah kering rambut dengan total panjang rambut dipelajari secara eksperimental, tergantung pada kepadatan cairan, kecepatan perendaman, dan jarak antara rambut dalam analog buatan rambut berang-berang.

Percobaan menunjukkan bahwa lapisan udara di lapisan bawah menjadi lebih tipis dengan peningkatan kedalaman perendaman dan penurunan kecepatan perendaman. Selain itu, ketebalan lapisan udara tergantung pada ketebalan garis rambut. Dari sudut pandang fisik, tekanan cairan mendorong gelembung udara keluar dari "jebakan" rambut, tetapi viskositas dan kepadatan cairan menghambat gerakan mereka.

Ternyata menjadi sangat penting bagaimana rambut terletak relatif satu sama lain. Para ilmuwan berhasil membuat model matematika yang menggambarkan sifat-sifat suatu bahan tergantung pada strukturnya. Dengan demikian, dimungkinkan untuk memilih panjang rambut yang optimal, ketebalan rambut dan jarak di antara mereka tergantung pada kepadatan cairan dan kecepatan tubuh.

Mengetahui formula, kita sekarang dapat dengan jelas mengatakan, melihat sampel wol, apakah itu akan menahan udara atau tidak - di mana cairan dan pada kecepatan apa.

Para penulis karya ilmiah percaya bahwa studi mereka dapat diterapkan tidak hanya dalam pengembangan pakaian selam yang lebih efektif, tetapi juga di bidang ilmu material lainnya. Misalnya, dalam menghitung karakteristik lapisan pelindung paling efektif. Dalam proses pengaplikasian pelapis semacam itu, bahan tersebut direndam dalam cairan. Sekarang Anda dapat menghitung apakah akan ada gelembung udara di bawah cairan. Dan pada kecepatan berapa Anda perlu merendam bahan di bak mandi untuk menghilangkan gelembung udara.

Source: https://habr.com/ru/post/id398111/