Интересные темы:

Гаджеты

Немного интересного:

Морские губки учат сопромату

13.11.2015 Наука и жизнь

Кое-какие морские организмы проявляют чудеса инженерной мысли, создавая страно прочные микроскопические структуры.

Инженеры подчас заимствуют идеи у самой природы. Существует кроме того такое направление в науке – бионика, которая изучает, как возможно приспособить природные технические ответы для пользы человечеству. К примеру, берцовая кость человека, не обращая внимания на собственную изогнутую форму, может выдерживать вертикальную нагрузку больше тонны. Такую прочность ей снабжают особенным образом ориентированные костные структуры.

Похожий принцип был использован при проектировании Эйфелевой башни, в следствии она и оказалась таковой легкой и прочной. Не смотря на то, что архитектор и наш инженер Владимир Шухов применял для собственной известной башни еще более легкую гиперболическую конструкцию, которую он сам и придумал. На единицу высоты Шуховской радиобашни было использовано втрое меньше металла, чем у Эйфелевой башни в Париже.

Euplectella aspergillum – прекрасные морские губки, каковые именуют корзинками Венеры. Фото: NOAA Photo Library/Flickr.Морские губки учат сопромату Узкими стеклянными нитями, спикулами, морские губки Euplectella aspergillum закрепляются на морском дне.

От того, как прочно губка закрепится на поверхности, зависит почти ее жизнь, исходя из этого естественный отбор наделил эти нити необычной проч Разрез спикулы морской губки (слева) и теоретическая модель материала с круговыми слоями(справа), которая снабжает большую прочность конструкции. Эволюция стала причиной происхождению биологической структуры, которая выстроена в соответствии с верным инже‹ ›

Но возвратимся в мир природы, в частности к беспозвоночным. В отличие от тех, кто на протяжении эволюции обзавёлся внутренним скелетам, наподобие млекопитающих, птиц либо рыб, беспозвоночным приходится, что именуется, жить без «внутреннего стержня». Какие-то виды бесхребетное существование в полной мере устроило, другие же создали себе разные формы экзоскелета, дабы лучше выживать во враждебном мире.

К примеру, моллюски спрятались в прочные раковины, а крабы обзавелись не только крепким панцирем, но и грозными клешнями. Но обращение на данный момент отправится не о них, а о втором занимательном классе морских беспозвоночных – о стеклянных, либо шестилучевых, губках. Самые узнаваемые, да и самые прекрасные представители их образуют семейство называющиеся корзинка Венеры. 

Скелет этих губок представляет собой ажурный цилиндр, выполненный из переплетающихся волокон из диоксида кремния, либо, грубо говоря, из стекла. Как выяснилось, такие волокна по особенностям ничем не уступают современным оптоволоконным нитям. Вот лишь в индустрии они изготавливаются при температуре более чем 1000 градусов, тогда как губка, пребывав на морском дне, нормально делает продукт для того чтобы же качества при температуре всего лишь пара градусов выше нуля.

Вправду, производителям оптоволокна имеется чему поучиться. Вторая увлекательная изюминка корзинки Венеры – то, как она крепится к дну моря. Якорем ей помогают долгие, толщиной с человеческий волос стеклянные нити, именуемые базальными спикулами. На них находятся микроскопические крючки, благодаря которым губка прочно цепляется за поверхность.

Казалось бы, применять хрупкую стеклянную нить в качестве якорной цепи выглядит не самым продуманным шагом. Но это , пока мы не взглянуть на структуру таковой нити в разрезе.

Толщина «якорной» спикулы порядка 50 микрометров, что образовывает одну двадцатую часть миллиметра. В центре нити находится сердцевина, которую, со своей стороны, окружают пара десятков концентрических слоев. Все слои и сердцевина сделаны из стекла, а ультратонкая прослойка между ними выполнена из органического материала. По виду такая картина сильно напоминает срез ствола дерева.

Фотография спикулы в разрезе так и оставалась бы иллюстрацией к какому-нибудь справочнику морфологии подводных жителей, не попадись она на глаза доктору наук Ханешу Кесари с факультета инженерии Брауновского университета.И вот тут сработала так называемая опытная деформация взора на окружающий мир.

В случае если биологи видели всего лишь замысловатую концентрическую структуру, то инженер сразу же обратил внимание на толщину круговых слоев. Она изменялась от центра к наружному краю спикулы по в полной мере определенному закону: в были самые толстые слои, а по мере приближения к поверхности их толщина равномерно уменьшалась. И в случае если морская губка на протяжении эволюции применяла такое техническое ответ для столь крайне важной части тела, то, возможно, это было неспроста. 

От того, как прочно губка закрепится на поверхности, зависит почти ее жизнь. Исходя из этого прочность спикул, которыми она держится за дно, делается одним из ответственных факторов естественного отбора. Инженеры решили проверить, как строение стеклянных нитей губок соответствует наилучшей конструкции с позиций науки. Была создана модель, обрисовывающая строение спикулы: сердцевина в виде целого стержня, окруженная концентрическими поверхностями переменной толщины.

Задав параметры прочности материала, из которого губка изготавливает собственные спикулы, исследователи вычислили, какой должна быть оптимальная толщина слоев.

Страно, но результаты прочностных расчетов стали причиной тому же самому принципу, по которому губки конструируют собственные «якори». Профиль распределения толщины слоев теоретической модели оказался в точности таким же, как в природе. Получается, что эволюция, не изучав сопромат в университете, пришла, однако, к самоё удачному инженерному ответу. 

Фото: NOAA Photo Library/Flickr,  Brown University

По данным PNAS и  Brown University

Создатель: Максим Абаев

Источник: nkj.ru

Случайные записи:

Невероятно красивое видео кораллов и морских губок


Похожие статьи, которые вам понравятся:

Tags:  , , ,