Дата публикации: 16 июня 2020 г.

Корнельский университет: броня на крыльях бабочки защищает от сильного дождя

Исследование показало, что водооталкивающие виниры на крыльях бабочки или перьях птиц, крыльях насекомых или на листьях растений, уменьшают ударное воздействие воды.

Исследование «Как дождевая капля разбивается о биологические поверхности» опубликовано 8 июня в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Исследование показало, как микромасштабные выпуклости в сочетании с наноразмерным слоем воска разрушают и распространяют капли воды, чтобы защитить хрупкие поверхности от физического повреждения и риска переохлаждения.

Уже существует большое количество изделий, которые используют природные примеры, известные как биомимикрия, в своем дизайне. Например, самоочищающиеся водостойкие спреи для одежды и обуви и антиобледенительные покрытия на крыльях самолета. Результаты этого исследования могут привести к появлению новых изделий в будущем.

«Это первое исследование для понимания, как высокоскоростные капли дождя влияют на естественные гидрофобные поверхности», - сказал старший автор Сунгванг «Санни» Джанг (Sunghwan «Sunny» Jung), доцент кафедры биологической и экологической инженерии в College of Agriculture and Life Sciences, Корнелльского университета (Cornell University).

Предыдущие исследования рассматривали попадание воды на насекомых и растения при слабом воздействии и отмечали очищающие свойства жидкости. Но в природе капли дождя могут падать со скоростью до 10 метров в секунду, поэтому в этом исследовании изучалось, как капли дождя, падающие на высоких скоростях, взаимодействуют с супергидрофобными природными поверхностями.

Капли дождя представляют опасность, потому что их воздействие может повредить, например, хрупкие крылья бабочки.

«Попадание капель дождя самое опасное событие для этого вида мелких животных”, - сказал он, отметив, что относительный вес капли дождя, попавшей на крыло бабочки, был бы аналогичен шару для боулинга, падающему с неба на человека

В ходе исследования ученые собрали образцы листьев, перьев и насекомых. Исследователи поместили образцы на стол и выпустили капли воды с высоты около двух метров, одновременно записывая удар со скоростью несколько тысяч кадров в секунду с помощью высокоскоростной камеры.

Анализируя пленку, они обнаружили, что, когда капля попадает на поверхность, она пульсирует и растекается. Наноразмерный слой воска отталкивает воду, в то время как более крупные микромасштабные неровности на поверхности создают отверстия в распространяющейся капле дождя.

Это разрушающее воздействие уменьшает время контакта капли с поверхностью, что ограничивает импульс и снижает силу удара по нежному крылу или листу. Это также уменьшает теплопередачу от холодной капли. Это важно, потому что мышцы крыла насекомого, например, должны быть достаточно теплыми, чтобы летать.

 «Если они дольше будут контактировать с холодной дождевой каплей, они потеряют много тепла и не смогут легко летать, что сделает их уязвимыми, например, для хищников», - сказал С. Джанг, Также важно отталкивать воду как можно быстрее, потому что вода очень тяжелая, что затрудняет полет насекомых и птиц, и отягощает листья растений.

«Имея эти двухуровневые структуры, - сказал Джанг, - эти организмы могут иметь супергидрофобную поверхность».

Источник: news.cornell.edu

Гасанбекова Л. А. Оценка эффективности финансово-хозяйственной деятельности государственных унитарных предприятий Практическое пособие / Л. А. Гасанбекова, В. И. Никитина, Б. В. Сошников; под общ. науч. ред. канд. экон. наук О. А. Коробко. – М.: ФГБНУ «Аналитический центр» Минобрнауки России, 2019. – 49 с. (ISBN 978-5-904670-54-2). Доступна электронная версия печатного издания.

Вопросы контроля хозяйственной деятельности и финансового аудита, национальной безопасности, системного анализа и управления Сборник материалов III Всеросс. науч.-практ. конф., г. Москва, 29 декабря 2017. – М.: ФГБНУ «Аналитический центр» Минобрнауки России, 2018. – 200 с. (ISBN 978-5-904670-53-5). Доступна электронная версия печатного издания.

открыть полный список изданий Центра →