Lumea fizicii De ce nu se rup aripile delicate ale insectelor
Dörte Saße 29.08.2012
Dublin (Irlanda) - Grila fină care trece prin aripile fragile ale libelulelor, muștelor sau chiar lăcustelor are o dublă utilizare: nu numai că face structurile ușoare și totuși stabile, ci previne și spargerea gravă a aripii deoarece creează cele mai fine fisuri se oprește în primele etape. Membrana pielii dintre grilă, care formează aripa reală, este mai subțire decât se aștepta, relatează o echipă de cercetători în revista „PLoS ONE”, după ce a supus aripile lăcustelor la teste de solicitare mecanică. Dar, spre deosebire de oase, membrana nu poate crește din nou împreună dacă se rupe. Cu toate acestea, acestea sunt tipice în viața insectelor datorită luptelor, uzurii sau oboselii materiale. În schimb, grila aparent ramificată optim încetinește răspândirea daunelor, potrivit cercetătorilor.
Celule membranare ale unei aripi de lăcustă
„Lăcustele deșertului sunt fluturașii de maraton ai lumii insectelor”, explică Jan-Henning Dirks de la Departamentul de Inginerie de la Trinity College Dublin, „Pot zbura peste deșerturi și oceane zile cu aripi de zece ori mai subțiri decât un fir de păr uman”. Într-o echipă Îi arătase colegului său David Taylor cu ceva timp în urmă că pielea picioarelor unei lăcuste este unul dintre cele mai dure materiale naturale din lume. Se compune în principal din proteine amorfe, strâns conectate în rețea și nu este aproape niciodată deteriorat la hamei.
Deoarece aripile lăcustei deșertului (Schistocerca gregaria) sunt, de asemenea, formate din această piele - doar mai subțire -, cercetătorii au tăiat mici crestături în această membrană, care are o grosime de numai 1,7 până la 3,7 micrometri. Apoi au măsurat forța care ar fi necesară pentru a conduce o astfel de ruptură prin întreaga aripă. Dar pielea membranei singure s-a dovedit a fi foarte rezistentă la distrugere. Cu toate acestea, videoclipurile experimentului au arătat că majoritatea fisurilor au fost efectiv oprite imediat ce au lovit una dintre crestele fine care alcătuiesc grila de stabilizare. Cele mai multe umflături longitudinale pe lungimea aripii principale au o grosime de până la 150 micrometri, sunt goale în interior și conțin parțial corzi nervoase și fluid. Bretele transversale sunt mai neregulate și mai uscate. Împreună formează o rețea stabilă, elastică, cu aproape o mie de „celule cu membrană” mai mici și mai mari - și cresc semnificativ rezistența aripii.
Aproape de umflături în aripă
„Comparativ cu membrana subțire aripii, umflăturile intermediare sunt relativ grele. În consecință, doriți cât mai puține umflături necesare pentru a menține greutatea aripilor scăzută ”, spune Dirks. Cu toate acestea, prea puține dintre ele ar oferi mai puțină protecție împotriva fisurilor, așa cum arată videoclipul, este important un compromis optim. Pentru a demonstra acest lucru, cercetătorii au testat rezistența mecanică pe aripi întregi, precum și pe piei minuscule ale celulelor membranare individuale. Rezultatul: dimensiunea majorității acestor celule a fost la sau sub așa-numita lungime a fisurii critice a pielii membranei de 1132 micrometri. Lungimea critică a fisurii este o constantă a materialului; dacă fisura rămâne mai scurtă, materialul este încă stabil chiar și sub sarcină - dacă este mai lungă, duce la fisuri necontrolate suplimentare și, prin urmare, la distrugere.
Fracturile complete sunt foarte rare în aripile lăcustelor, rezumă Taylor: „Datorită distanțării precise a mărgelelor transversale, fisurile sunt întotdeauna oprite înainte ca acestea să atingă această lungime critică și să continue să crească. Natura a găsit o soluție „optimă” mecanic pentru aripile lăcustelor. ”Rezultatul dvs. ar trebui să facă și aripile ușoare pentru micro-aeronave mai stabile. Analiza, aplicată înapoi, ar putea chiar ajuta la descrierea capacității de zbor a insectelor care sunt acum dispărute.
Curent științific în funcție de condițiile sursei