Світ фізики Чому ніжні крила комах не ламаються
Dörte Saße 29.08.2012
Дублін (Ірландія) - дрібна сітка, яка проходить крізь тендітні крила бабок, мух або навіть коників, має подвійне використання: це не тільки робить конструкції легкими та водночас стабільними, але також запобігає серйозним поломкам крила, оскільки створює найтонші тріщини зупиняється на ранніх стадіях. Шкірна мембрана між сіткою, яка утворює власне крило, тонша, ніж очікувалося, повідомляє дослідницька група в журналі "PLoS ONE" після того, як вона піддала крила коників механічним стрес-тестам. Але на відміну від кісток, мембрана не може зростися разом, якщо вона розривається. Однак вони є типовими для життя комах через боротьбу, зношування або втому матеріалу. Натомість, очевидно оптимально розгалужена сітка уповільнює поширення шкоди, на думку дослідників.
Мембранні клітини крила коника
"Саранча в пустелі - це літаки марафонів у світі комах, - пояснює Ян-Хеннінг Діркс з Інженерного відділу Трініті-коледжу в Дубліні. - Вони можуть цілими днями літати над пустелями та океанами з крилами, в десятки разів тоншими за людське волосся". Нещодавно він показав своєму колезі Девіду Тейлору, що шкіра ніг сарани є одним з найжорсткіших природних матеріалів у світі. В основному він складається з аморфних, щільно зв’язаних між собою білків і майже ніколи не пошкоджується хмелем.
Оскільки крила пустельної сарани (Schistocerca gregaria) також складаються з цієї - лише тоншої - шкіри, дослідники вирізали невеликі вирізи в цій мембрані, товщина якої становить лише 1,7 - 3,7 мікрометра. Потім вони виміряли силу, необхідну для проїзду такої тріщини через усе крило. Але лише шкіра мембрани виявилася не дуже руйнівною. Однак відео експерименту показали, що більшість тріщин були ефективно зупинені, як тільки вони потрапили в один із тонких хребтів, що складають стабілізуючу сітку. Більшість поздовжніх опуклостей довжиною головного крила мають товщину до 150 мікрометрів, порожнисті зсередини і частково містять нервові канатики та рідину. Поперечні брекети є більш неправильними і сухими. Разом вони утворюють стійку, еластичну мережу з майже тисячею менших і більших «мембранних клітин» - і значно підвищують в’язкість крила.
Крупним планом опуклості в крилі
“Порівняно з тонкою мембраною крила, проміжні опуклості порівняно важкі. Відповідно, вам потрібно якомога менше опуклостей, щоб утримати вагу крил на низькому рівні », - говорить Діркс. Проте занадто мало з них пропонують менший захист від тріщин, як показує відео, важливий оптимальний компроміс. Щоб підтвердити це, дослідники протестували механічну міцність на цілих крилах, а також на крихітних шкурках окремих клітин мембрани. Результат: розмір більшості цих клітин був на рівні або менше так званої критичної довжини тріщини шкіри мембрани 1132 мікрометра. Критична довжина тріщини є константою матеріалу; якщо тріщина залишається коротшою, матеріал все ще стабільний навіть під навантаженням - якщо він довший, це призводить до подальших неконтрольованих тріщин і, отже, в основному до руйнування.
Повні переломи дуже рідкісні у крилах коника, резюмує Тейлор: «Завдяки такому точному відстані між поперечними гранулами тріщини завжди зупиняються до того, як вони досягнуть цієї критичної довжини і продовжують зростати. Природа знайшла механічно «оптимальне» рішення для крил коника ». Ваш результат також повинен зробити легкі крила для мікролітаків більш стабільними. Аналіз, застосований назад, може навіть допомогти описати льотну здатність нині вимерлих комах.
Науковий струм за умовами джерела