Плавающий тюлень
Пушистый гидрокостюм
Забудьте о гладких гидрокостюмах - однажды шубы помогут дайверам согреться под водой.
В то время как дельфины и киты полагаются на толстый жир, чтобы согреться в холодной воде, морские котики и морские выдры полагаются на густой мех, чтобы удерживать слой воздуха на их телах. Поскольку воздух не так хорошо проводит тепло, как вода, воздушные слои могут изолировать от потери тепла.
Теперь инженер-механик Алиса Насто из Массачусетского технологического института создала искусственные имитаторы такого меха, чтобы увидеть, как эти волосы защищают этих морских существ.
«Наша исследовательская группа изучает множество биологических задач гидромеханики, например, как улитки используют слизь для передвижения или как водомерки ходят по воде», - говорит Насто.
Исследователи использовали вырезанные лазером акриловые формы для изготовления волосатых поверхностей из силиконового каучука. Затем они экспериментировали с эффектами, которые оказывали свойства волос, такие как длина волос и расстояние между ними, когда эти материалы погружались с точной скоростью в жидкости, такие как силиконовое масло, которое бывает различной вязкости..
Насто и ее коллеги обнаружили, что расположение волос играет важную роль в том, насколько сильно они сопротивляются намоканию. В частности, чем длиннее и ближе друг к другу были волосы, тем лучше поверхности удерживали воздух и оставались сухими.
По сути, ряды волосков могут действовать как ряды трубочек. Чем ближе волоски друг к другу, тем лучше такие «трубочки» удерживают воздух; чем длиннее волосы, тем больше воздуха могут улавливать эти «трубочки».«Если трубки короткие, при погружении они сразу же намокают - залейте жидкостью», - говорит Насто. «Если трубки длинные, они могут препятствовать проникновению жидкости внутрь, тем самым задерживая воздух».
Большинство предыдущих исследований водоотталкивающих поверхностей основывались на структурах тех материалов, которые имеют размер от нанометров до микрометров, масштаб молекул и клеток. Капли воды могут лежать на этих конструкциях, как мистики на ложе из гвоздей.
Насто и ее коллеги впервые обнаружили, что более крупные структуры размером от миллиметров до сантиметров, такие как мех, могут обладать аналогичными водоотталкивающими свойствами. Более того, такие материалы, вероятно, будет легче изготовить, чем материалы с более мелкими структурами, говорят исследователи.
Насто и ее коллеги экспериментировали с короткими, жесткими, гладкими волосами одинаковой длины, поднимающимися прямо из материалов. Будущие исследования могут изучить, насколько хорошо работают различные типы волос, такие как длинные волосы, гибкие волосы, щетинистые волосы, косые волосы или колтуны из волос как длинной, так и короткой длины.«Масло с кожи также может играть роль в водоотталкивающих свойствах волос», - говорит Насто.
Задерживая воздух, волосы могут сделать гидрокостюмы более плавучими, говорит Насто. Она не уверена, как волосатые костюмы повлияют на сопротивление.
Более того, исследователи смотрели только на то, как воздух захватывается, когда волосатые структуры погружаются из воздуха в жидкость. «Нам также нужно посмотреть, что происходит, когда волосистые текстуры вытягиваются из жидкости; в этом случае жидкость попадет на ворсистый материал. У летучих мышей волосатые языки, и они используют этот механизм для питья нектара», - говорит Насто. «И нужно работать не только над тем, чтобы понять, как можно оставаться сухим не только во время погружения в воду, но и когда вы находитесь под водой и стоите на месте. Такое понимание может быть полезно для материалов для гидрокостюмов».
Ученые подробно рассказали о своих выводах 23 ноября на ежегодном собрании Отделения гидродинамики Американского физического общества в Бостоне.