13. Мой нанотехнологичный питомец - Физика вокруг нас - 2020 <!--if(Фестивали, конкурсы)-->- Фестивали, конкурсы<!--endif--> - Фотоальбомы - Официальный сайт школы №1 им. А.С. Попова г. Удомли
«Фотография – средство изучения физического явления»
1. Чем объясняется экстраординарная способность гекконов бегать по стенам и потолку? 2. Каковы особенности строения лапок геккона? 3. Чему равна сила сцепления? 4. Как при такой силе сцепления геккон отрывает свою лапку? 5. На что вдохновляет учёных геккон? 1.Эти ящерицы могут перемещаться таким образом благодаря растопыренным ступням, похожим на ладони. У гекконов на пальцах есть маленькие гребни, покрытые тонкими волосками (щетинками). Пальцы геккона прилипают практически к любому материалу (металл, древесина, стекло, гранит) при любых условиях (даже под водой или в вакууме), и при этом они никогда не загрязняются, не изнашиваются и не прилипают случайно к ненужным местам. Учёные установили, что благодаря близкому контакту щетинок на лапках с поверхностью гекконы используют связи ближнего взаимодействия между молекулами, т.е. они прилипают посредством сил Ван-дер-Ваальса. Ван-дер-Ваальсовы силы— силы межмолекулярного (и межатомного) взаимодействия с энергией 10—20 кДж/моль. Основу ван-дер-ваальсовых сил составляют кулоновские силы взаимодействия между электронами и ядрами одной молекулы и ядрами и электронами другой. На определенном расстоянии между молекулами силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг друга, и образуется устойчивая система. Именно такую систему и составляет лапа геккона с поверхностью, с которой она соприкасается.
2. Используя электронный микроскоп, учёные изучали геккона и обнаружили на его пальцах очень тонкие волоски (щетинки) длиной всего 100 микрометров, или 0,1 миллиметра (две толщины человеческого волоса). Они очень плотно размещены- до 14400 щетинок на 1 мм2, или около 1,5 миллиона на см2. Каждая щетинка, в свою очередь, на конце расходится в 400-1000 ответвлений. Каждое ответвление заканчивается на конце треугольной лопаточкой. Эти лопаточки невероятно крохотные и составляют в ширину всего 0,2 микрометра (2/10 000 миллиметра). Каждая лапка геккона площадью контакта чуть больше 1см2 может прикасаться к поверхности двумя миллиардами окончаний!
3. Поверхность ступни геккона площадью 1см2 способна вырабатывать силу сцепления в 10 Ньютон (что соответствует 1кг веса).
4. Сила прилипания изменяется в зависимости от угла между щетинкой и поверхностью. Щетинка может открепляться под углом более 30°. При движении, изменяя угол соприкосновения лапы и поверхности, геккон без труда закрепляет и открепляет лапы. Затраты энергии на этот процесс минимальны.
5. С тех пор, как механизм работы лапок геккона в целом стал понятен, люди пытаются воспроизвести его искусственно. В частности, агентство DARPA создало альпинистское оборудование, позволяющее человеку с массой 122 кг (масса тела + полезная нагрузка) взобраться на стеклянную отвесную стену на высоту в 7,6 м. Инженер из Стэнфорда создал робота, который может взбираться по практически отвесным гладким поверхностям. Манипуляторы робота тоже созданы по образцу лапы геккона. Ведётся и разработка сверх клейкого скотча, который может выдержать много циклов использования и поверхность которого не загрязняется при длительном использовании. В NASA разработали специальное крепление, которое можно использовать как условиях Земли, так и в условиях невесомости в космосе. Оно позволяет крепить грузы к поверхностям при помощи специальной «липучки», созданной по образу и подобию поверхности лапки геккона.
Администрации Удомельского городского округа
