La física en el mundo animal: los pies del geco

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Geckos - los habitantes de las regiones tropicales y subtropicales del Viejo y el Nuevo Mundo. Estos lagartos viven en los continentes e islas, y su amplia área de distribución. Hacer lagartijas tienen una característica - que puede ser considerado casi cualquier superficie. el peso corporal del animal mantiene incluso una pata. La superficie puede ser cualquier - árbol, roca, incluso vidrio pulido.
En la capacidad del gecko de aferrarse a cualquier cosa prestando atención a los antiguos griegos. Aristóteles trató de entender el principio de fijación de piernas lagartos, lagartijas y estudiosos interesados ​​en la Edad Media. Aprender de ellos, y en nuestro tiempo. Hay varias teorías para explicar la extraordinaria capacidad de estos lagartos en "escalar".
en los retoños dedos. Una de las primeras explicaciones, que parecían bastante lógico. Sin embargo, después de examinarlas con un microscopio patas gecko resultó que las ventosas en los dedos allí. Por desgracia, el mito de los retoños viven en la actualidad.
La electrostática Otra posible explicación podría negar (aunque hay alguna evidencia de esta teoría, vamos a hablar de ellos más adelante), la creación de las condiciones bajo las cuales la carga sobre los pies del geco simplemente no podía ser. Animal sigue manteniendo firmemente sobre una superficie lisa.
La negación se obtuvo en el 30-s del siglo pasado. científico alemán Wolf-Dietrich Dell (Wolf-Dietrich Dellit) envía una corriente de aire ionizado hacia las patas del gecko, que se celebró en la superficie metálica. Ionización, según Dellita, debe neutralizar o reducir significativamente la fuerza de adhesión con la superficie de las patas, si el mecanismo de embrague tiene una naturaleza eléctrica. Eso no sucedió, por lo que se concluyó que los gecos utilizan algo más.
científico canadiense Alexander Penlidis cree que este experimento era defectuoso. El hecho de que el contacto entre las patas de un gecko y la superficie es extremadamente estrecha, de modo que las moléculas ionizadas son simplemente incapaces de penetrar entre las estructuras ultra pequeños y las patas y neutralizar la interacción superficie.
patas embrague gecko con irregularidades de superficie Esta explicación tampoco es apropiado, ya que los gecos pueden moverse sobre una superficie vertical de vidrio pulido. Por otra parte, pueden moverse y el techo del mismo material.
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Con el advenimiento de la pata del microscopio electrónico de gecko pudo estudiar en detalle. Al final resultó que, se cubre con cerdas muy finas, cuya longitud es de hasta cientos de micrómetros. La concentración de cerdas por unidad de área de la superficie de las piernas es muy alta: más de 14.000 pelos por 1 mm2. Cada cerda, a su vez, no es una forma monolítica, y el extremo se divide en al 400-1000 fibras incluso más finos. El espesor de tal fibra es 0, 2 mm. 1 cm2 en el contacto con la superficie durante aproximadamente dos mil millones de fibras, cada una de las cuales se extiende a su fin.
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así. B gecko pie. "Almohada" el dedo del pie del gecko bajo un microscopio. Una de las patas del gecko setas de ella, con gran aumento, etc. Maximizar cerdas. (Foto: somuchnews) guía empresas Científicos estadounidenses han descubierto que las patas fuerza adhesiva gecko corrientes de 10 Newton por 1 cm2. Tal acoplamiento es posible sólo para superficies lisas, que implicaban casi toda la fibra de patas de los animales. Cuando se trata de superficies, que se encuentra a menudo en el hábitat de los gecos - rocas, árboles, aquí implicados sólo una parte de las fibras en las piernas (debido a la gran cantidad de irregularidades en las superficies de éstos), pero es suficiente para mantener el animal en su lugar.
Al final resultó que, los pelos microscópicos en patas de las lagartijas se acoplan con la superficie de apoyo por medio de fuerzas de van der Waals. Van der Waals - Las fuerzas intermoleculares (y interatómica) interacción con una energía de 10-20 kJ / mol. La base de la fuerzas de van der Waals componen la fuerza de Coulomb de la interacción entre los electrones y los núcleos de una molécula y los otros núcleos y los electrones. A una cierta distancia entre las moléculas de las fuerzas de atracción y repulsión se anulan entre sí, y forman un sistema estable. Que tal un sistema y es el pie de la lagartija a la superficie con la que entra en contacto.
La compleja estructura de las piernas y proporciona aún otro de su propiedad - hidrofobicidad. Lapa repele el agua y la suciedad, permitiendo que el gecko es una buena idea para moverse y superficies mojadas.
Gecko pata se separa fácilmente de la superficie sobre la que se monta. Para este propósito, un mecanismo especial. El hecho de que se adhieren a cualquier seta material puede desprenderse con facilidad, si el ángulo entre la fibra y la superficie será de más de 30 °. Al conducir, cambiar el ángulo de las piernas de contacto y la superficie, la lagartija puede desmontarse fácilmente correcciones y las piernas. El consumo de energía para este proceso son mínimos.
Fuerza Vand der Waals, o algo más? Hace dos años, un científico canadiense Alexander Penlidis (Alexander Penlidis) decidieron estudiar el mecanismo de adhesión de las patas del gecko a las superficies. Al final resultó que, en brazos de contacto y hay una superficie de intercambio de cargas eléctricas. Como resultado, una carga electrostática positiva se forma en las piernas y negativo - en la superficie.
Penlidis experimentó con dos tipos de superficies de polímero - Teflón AF y polidimetilsiloxano. Según las conclusiones de los científicos sobre los resultados del estudio, la fuerza de adherencia se correlaciona con la magnitud de la carga electrostática y las piernas superficie. Se deduce de esto que es una carga eléctrica juega un papel importante en acoplamiento con las superficies de la pata.
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El estudio interesante, pero no responde a la pregunta importante - cómo el gecko descansa sobre superficies muy irregulares, donde la adhesión para garantizar el uso de la carga eléctrica es más difícil que en una superficie plana. Tal vez los pies de geco tienen un mecanismo de doble embrague -. Y la fuerza de Van der Waals, y la carga eléctrica
Efecto del agua En la mayoría de los casos, los científicos realizaron experimentos con lagartijas en un ambiente seco. Científicos de la Universidad de Akron decidieron probar qué tan bien el lagarto puede moverse a través de las superficies húmedas. Pues resulta que, si se rocía agua sobre una placa de vidrio, el animal se mantiene en una superficie tal es mucho peor que en el mismo plato sin gotas de agua.
Sin embargo, para permanecer en la superficie húmeda de la lagartija logra. Pero si la placa superficialmente sumergido en el agua, y de nuevo Gecko coloca en el plato, no se puede sostener un lagarto en la superficie en esas condiciones. Si los pies del geco se sumergen en el agua durante media hora, y luego lo puso en el cristal, que se desliza fuera, incapaz de ganar un punto de apoyo.
Según Alyssa Stark (Alyssa Stark) de la Universidad de Akron, esto es debido a que el agua evita las fuerzas de van der Waals y las patas del geco no puede hacerse un hueco en la superficie.
No sólo las piernas en el mecanismo de fijación de las patas en la superficie de todo el cuerpo está involucrado gecko, dicen los científicos de la Universidad de Massachusetts en Amherst. el cuerpo de reptil, de acuerdo con Alfred Crosby (Alfred Crosby), desempeña el papel de un resorte, que presiona la pierna a la superficie. Cuanto más peso del gecko, más esta primavera. A través de este mecanismo en cualquier superficie se mantienen perfectamente y las especies más grandes de lagartijas, y no sólo su pequeña familia.
A pesar de que Alexander Penlidis capaz de demostrar el efecto de la carga eléctrica en la adhesividad de las patas gecko, la mayoría de los expertos aún mantienen el punto de vista del mecanismo de embrague sobre la base de las fuerzas de Van der Waals. Ahora los científicos están tratando de explicar otra interesante problema - el origen de este mecanismo en el proceso de la evolución.
«Gekkonovy Scotch" Desde entonces, como el mecanismo de los pies del gecko en su conjunto hizo evidente, la gente está tratando de vocproizvesti artificialmente. En particular, la agencia DARPA estableció el material de escalada que permite a una persona con una masa de 122 kg (peso corporal + carga útil) para subir la escarpada pared de vidrio a una altura de 7, 6 m. Ingeniero de la Universidad de Stanford ha creado un robot que puede subir superficie casi pura, lisa. Robots manipuladores también inspira en los pies de geco. Y los expertos de la Universidad de Pensilvania han desarrollado un nuevo tipo de agarre de alta precisión, que puede ser utilizado en la producción para el trabajo de detalle fino. Bienestar y desarrollo sverhkleykogo cinta adhesiva que puede soportar una gran cantidad de ciclos de uso, y cuya superficie no está contaminada con el uso prolongado. En la NASA han desarrollado un accesorio especial que se puede utilizar como el medio ambiente de la Tierra, y en condiciones de ingravidez en el espacio. Se le permite amarrar cargas a la superficie utilizando un "velcro" especial, creado a imagen de la superficie de patas de las lagartijas.
Fuente: geektimes.ru/post/278884/

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