الشعر بالنسبة للإنسان المعاصر ليس أكثر من عنصر تحديد الهوية البصرية، وهو جزء من الصورة والصورة. على الرغم من ذلك، فإن هذه التكوينات القرنية من الجلد لها العديد من الوظائف البيولوجية المهمة: الحماية، والتنظيم الحراري، واللمس، وما إلى ذلك. ما مدى قوة شعرنا؟ كما اتضح فيما بعد، فهي أقوى بعدة مرات من شعر الفيل أو الزرافة.
سنتعرف اليوم على دراسة قرر فيها علماء من جامعة كاليفورنيا (الولايات المتحدة الأمريكية) اختبار مدى ارتباط سمك الشعر وقوته في أنواع الحيوانات المختلفة، بما في ذلك البشر. من هو الشعر الأقوى، وما هي الخواص الميكانيكية التي تتمتع بها أنواع الشعر المختلفة، وكيف يمكن أن يساعد هذا البحث في تطوير أنواع جديدة من المواد؟ نتعلم عن هذا من تقرير العلماء. يذهب.
أساس البحث
الشعر، الذي يتكون بشكل كبير من بروتين الكيراتين، هو التكوين القرني لجلد الثدييات. في الواقع، الشعر والصوف والفراء مترادفة. تتكون بنية الشعر من صفائح الكيراتين التي تتداخل مع بعضها البعض، مثل قطع الدومينو المتساقطة فوق بعضها البعض. تتكون كل شعرة من ثلاث طبقات: البشرة وهي الطبقة الخارجية والواقية؛ القشرة - القشرة، المكونة من خلايا ميتة ممدودة (مهمة لقوة ومرونة الشعر، تحدد لونه بسبب الميلانين) والنخاع - الطبقة المركزية للشعر، المكونة من خلايا الكيراتين الناعمة وتجويف الهواء، وهي تشارك في نقل العناصر الغذائية إلى طبقات أخرى.
إذا تم تقسيم الشعر عموديا، نحصل على قسم تحت الجلد (عمود) وقسم تحت الجلد (بصيلة أو جذر). البصلة محاطة ببصيلة يحدد شكلها شكل الشعر نفسه: الجريب المستدير مستقيم، الجريب البيضاوي مجعد قليلاً، الجريب على شكل كلية مجعد.
يشير العديد من العلماء إلى أن التطور البشري يتغير بسبب التقدم التكنولوجي. وهذا يعني أن بعض الأعضاء والهياكل في أجسامنا تصبح بدائية تدريجيًا - تلك التي فقدت الغرض المقصود منها. وتشمل أجزاء الجسم هذه ضرس العقل والزائدة الدودية وشعر الجسم. بمعنى آخر، يعتقد العلماء أنه بمرور الوقت، ستختفي هذه الهياكل ببساطة من تشريحنا. من الصعب تحديد ما إذا كان هذا صحيحًا أم لا، ولكن بالنسبة للعديد من الأشخاص العاديين، ترتبط ضروس العقل، على سبيل المثال، بزيارة طبيب الأسنان لإزالتها الحتمية.
ومهما كان الأمر، يحتاج الشخص إلى الشعر؛ ربما لم يعد يلعب دورًا حيويًا في التنظيم الحراري، لكنه لا يزال جزءًا لا يتجزأ من الجماليات. ويمكن قول الشيء نفسه عن الثقافة العالمية. في العديد من البلدان، منذ زمن سحيق، كان الشعر يعتبر مصدر كل القوة، وكان قصه مرتبطا بمشاكل صحية محتملة وحتى إخفاقات في الحياة. هاجر المعنى المقدس للشعر من الطقوس الشامانية للقبائل القديمة إلى ديانات أكثر حداثة وأعمال الكتاب والفنانين والنحاتين. على وجه الخصوص، غالبًا ما كان جمال الأنثى مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بالطريقة التي ظهر بها شعر السيدات الجميلات أو تم تصويره (على سبيل المثال، في اللوحات).
لاحظ مدى تفصيل شعر الزهرة (ساندرو بوتيتشيلي، "ولادة فينوس"، 1485).
دعونا نترك الجانب الثقافي والجمالي للشعر جانبًا ونبدأ في النظر في أبحاث العلماء.
الشعر، بشكل أو بآخر، موجود في العديد من أنواع الثدييات. إذا لم تعد مهمة للغاية بالنسبة للبشر من وجهة نظر بيولوجية، فإن الصوف والفراء بالنسبة لممثلين آخرين لعالم الحيوان هم سمات حيوية. في الوقت نفسه، من حيث بنيتها الأساسية، فإن شعر الإنسان، وشعر الفيل على سبيل المثال، متشابهان جدًا، على الرغم من وجود اختلافات. وأكثرها وضوحا هو الأبعاد، لأن شعر الفيل أكثر سمكا من شعرنا، ولكن، كما اتضح، ليس أقوى.
لقد كان العلماء يدرسون الشعر والصوف لبعض الوقت. تم تنفيذ نتائج هذه الأعمال في كل من التجميل والطب وفي الصناعة الخفيفة (أو كما يقول Kalugina L.P. المعروف: "الصناعة الخفيفة")، أو بشكل أكثر دقة في المنسوجات. بالإضافة إلى ذلك، ساعدت دراسة الشعر بشكل كبير في تطوير المواد الحيوية المعتمدة على الكيراتين، والتي تعلموا في بداية القرن الماضي عزلها من قرون الحيوانات باستخدام الجير.
تم استخدام الكيراتين الذي تم الحصول عليه لإنشاء مواد هلامية يمكن تقويتها بإضافة الفورمالديهايد. وفي وقت لاحق، تعلموا عزل الكيراتين ليس فقط من قرون الحيوانات، ولكن أيضًا من فرائها، وكذلك من شعر الإنسان. لقد وجدت المواد المعتمدة على الكيراتين استخدامها في مستحضرات التجميل والمواد المركبة وحتى في طلاء الأقراص.
في الوقت الحاضر، صناعة دراسة وإنتاج مواد متينة وخفيفة الوزن تتطور بسرعة. الشعر، كونه طبيعيًا، هو أحد المواد الطبيعية التي تلهم هذا النوع من الأبحاث. خذ بعين الاعتبار قوة الشد للصوف والشعر البشري، والتي تتراوح بين 200 إلى 260 ميجا باسكال، أي ما يعادل قوة محددة تبلغ 150-200 ميجا باسكال/ملجم م3. وهذا يمكن مقارنته تقريبًا بالفولاذ (250 ميجا باسكال / مجم م 3).
يتم لعب الدور الرئيسي في تكوين الخواص الميكانيكية للشعر من خلال هيكله الهرمي الذي يشبه دمية ماتريوشكا. العنصر الأكثر أهمية في هذا الهيكل هو القشرة الداخلية للخلايا القشرية (قطرها حوالي 5 ميكرومتر وطولها 100 ميكرومتر)، وتتكون من ألياف كبيرة مجمعة (قطرها حوالي 0.2-0.4 ميكرومتر)، والتي بدورها تتكون من خيوط وسيطة (7.5 نانومتر). في القطر)، مضمن في مصفوفة غير متبلورة.
الخواص الميكانيكية للشعر وحساسيته لدرجة الحرارة والرطوبة والتشوه هي نتيجة مباشرة لتفاعل المكونات غير المتبلورة والبلورية للقشرة. عادةً ما تتميز ألياف الكيراتين الموجودة في قشرة الشعر البشري باستطالة عالية، مع إجهاد شد يزيد عن 40%.
هذه القيمة العالية ترجع إلى تفكيك الهيكل а-الكيراتين، وفي بعض الحالات، تحويله إلى b-الكيراتين، مما يؤدي إلى زيادة في الطول (يمتد الدوران الكامل للحلزون 0.52 نانومتر إلى 1.2 نانومتر في التكوين b). وهذا هو أحد الأسباب الرئيسية وراء تركيز العديد من الدراسات بشكل خاص على الكيراتين من أجل إعادة إنشائه في شكل اصطناعي. لكن الطبقة الخارجية للشعر (بشرة)، كما نعلم بالفعل، تتكون من لوحات (سمكها 0.3-0.5 ميكرون وطولها 40-60 ميكرون).
في السابق، أجرى العلماء بالفعل أبحاثًا حول الخواص الميكانيكية لشعر الأشخاص من مختلف الأعمار والمجموعات العرقية. تم التركيز في هذا العمل على دراسة الاختلافات في الخواص الميكانيكية لشعر الأنواع الحيوانية المختلفة، وهي: الإنسان، والخيول، والدببة، والخنازير البرية، وخنازير الماء، والبيكاري، والزرافات، والفيلة.
نتائج الدراسة
الصورة #1: مورفولوجيا الشعر البشري (А - بشرة. В - كسر القشرة. إظهار نهايات الألياف، С — سطح الصدع، حيث تظهر ثلاث طبقات؛ D - السطح الجانبي للقشرة، مما يدل على استطالة الألياف).
يبلغ قطر شعر الإنسان البالغ حوالي 80-100 ميكرون. مع العناية العادية بالشعر، يكون مظهره شموليًا تمامًا (1А). المكون الداخلي لشعر الإنسان هو القشرة الليفية. بعد اختبار الشد، وجد أن بشرة وقشرة شعر الإنسان تنكسر بشكل مختلف: عادة ما تنكسر البشرة بشكل كاشط (تتجعد)، ويتم تقشير ألياف الكيراتين الموجودة في القشرة وسحبها من الهيكل العام (1V).
في الصورة 1S يمكن رؤية السطح الهش للبشرة بوضوح من خلال رؤية الطبقات، وهي عبارة عن صفائح بشرة متداخلة ويبلغ سمكها 350-400 نانومتر. يشير التصفيح الملحوظ على سطح الكسر، بالإضافة إلى الطبيعة الهشة لهذا السطح، إلى ضعف الاتصال البيني بين البشرة والقشرة، وبين الألياف داخل القشرة.
تم تقشير ألياف الكيراتين الموجودة في القشرة (1D). يشير هذا إلى أن القشرة الليفية هي المسؤولة بشكل أساسي عن القوة الميكانيكية للشعر.
الصورة رقم 2: مورفولوجيا شعر الخيل (А - بشرة، بعض لوحاتها تنحرف قليلا بسبب نقص الرعاية؛ В - ظهور التمزق. С — تفاصيل تمزق القشرة، حيث تكون البشرة الممزقة مرئية؛ D - تفاصيل بشرة).
بنية شعر الحصان تشبه شعر الإنسان، باستثناء القطر الذي هو أكبر بنسبة 50٪ (150 ميكرون). في الصورة 2А يمكنك رؤية تلف واضح في البشرة، حيث لا ترتبط العديد من الصفائح بشكل وثيق بالعمود كما كانت في شعر الإنسان. يحتوي موقع كسر شعر الخيل على كسر طبيعي وكسر شعر (تصفيح صفائح البشرة). على 2V كلا النوعين من الضرر مرئيان. في المناطق التي تمزقت فيها الصفائح بالكامل، تكون الواجهة بين البشرة والقشرة مرئية (2S). تمزقت عدة ألياف وتفككت في الواجهة. وبمقارنة هذه الملاحظات مع الملاحظات السابقة (شعر الإنسان)، تشير مثل هذه الإخفاقات إلى أن شعر الحصان لم يتعرض لقدر كبير من الضغط مثل شعر الإنسان عندما تم سحب الألياف الموجودة في القشرة وفصلها تمامًا عن البشرة. ويمكن أيضًا ملاحظة أن بعض الصفائح قد انفصلت عن القضيب، وهو ما قد يكون بسبب إجهاد الشد (2D).
الصورة #3: شكل شعر الدب (А - بشرة. В — الضرر في نقطتين مرتبطتين بمنطقة التمزق؛ С — تكسير البشرة مع تصفيح الألياف في القشرة. D - تفاصيل بنية الألياف، تظهر عدة ألياف ممدودة من البنية العامة).
سمك شعر الدب 80 ميكرون. ترتبط صفائح البشرة بإحكام شديد ببعضها البعض (3А)، وفي بعض المناطق يكون من الصعب التمييز بين اللوحات الفردية. قد يكون هذا بسبب احتكاك الشعر بالشعر المجاور. تحت ضغط الشد، تنقسم هذه الشعرات حرفيًا مع ظهور شقوق طويلة (مثبتة على 3B) ، مما يشير إلى أنه مع تأثير الارتباط الضعيف للبشرة التالفة، كانت ألياف الكيراتين الموجودة في القشرة متقصفة بسهولة. يؤدي انفصال القشرة إلى حدوث كسر في البشرة، كما يتضح من النمط المتعرج للكسر (3S). يؤدي هذا التوتر إلى سحب بعض الألياف من القشرة (3D).
الصورة رقم 4 : شكل شعر الخنزير (А - كسر شعري مسطح عادي. В — يوضح هيكل البشرة حالة سيئة من سلامة (تجميع) الصفائح؛ С — تفاصيل الفجوة الموجودة في السطح البيني بين البشرة والقشرة؛ D - ألياف ممدودة من الكتلة الكلية والألياف البارزة).
شعر الخنزير سميك جدًا (230 مم)، خاصة بالمقارنة مع شعر الدب. يبدو تمزق شعر الخنزير عند تلفه واضحًا تمامًا (4А) عمودي على اتجاه إجهاد الشد.
تمزقت صفائح البشرة المكشوفة الصغيرة نسبيًا من الجسم الرئيسي للشعر بسبب تمدد حوافها (4V).
على سطح منطقة التدمير، يكون انفصال الألياف واضحًا، ومن الواضح أيضًا أنها كانت مرتبطة ببعضها البعض بشكل وثيق داخل القشرة (4S). تم الكشف فقط عن الألياف الموجودة في السطح البيني بين القشرة والبشرة بسبب الانفصال (4D) والتي كشفت عن وجود ألياف قشرية سميكة (قطرها 250 نانومتر). تبرز بعض الألياف قليلاً بسبب التشوه. من المفترض أن تكون بمثابة عامل تقوية لشعر الخنزير.
الصورة #5: شكل شعر الفيل (А - С) والزرافة (D - F). А - بشرة. В - تساقط الشعر بشكل تدريجي؛ С - الفراغات الموجودة داخل الشعر تدل على مكان تمزق أليافه. D - لوحات بشرة. Е - حتى تساقط الشعر. F - تمزق الألياف من السطح في منطقة الكسر.
يمكن أن يصل سمك شعر الفيل الصغير إلى حوالي 330 ميكرون، وفي البالغ يمكن أن يصل إلى 1.5 ملم. يصعب تمييز الصفائح الموجودة على السطح (5А).شعر الفيل هو أيضا عرضة للتكسر الطبيعي، أي. إلى كسر الشد النقي. علاوة على ذلك، فإن شكل سطح الكسر يظهر مظهرًا متدرجًا (5V) ربما بسبب وجود عيوب بسيطة في قشرة الشعر. يمكن أيضًا رؤية بعض الثقوب الصغيرة على سطح الكسر، حيث من المحتمل وجود ألياف تقوية قبل حدوث الضرر (5S).
شعر الزرافة أيضًا سميك جدًا (370 ميكرون)، على الرغم من أن ترتيب ألواح البشرة ليس واضحًا جدًا (5D). ويعتقد أن هذا يرجع إلى أضرارها بالعوامل البيئية المختلفة (على سبيل المثال، الاحتكاك بالأشجار أثناء التغذية). وعلى الرغم من الاختلافات، إلا أن تسريحة شعر الزرافة كانت مشابهة لشعر الفيل (5F).
الصورة رقم 6: شكل شعر الكابيبارا (А - هيكل بشرة مزدوج من اللوحات. В — تمزق البنية المزدوجة؛ С — تبدو الألياف القريبة من حدود التمزق هشة وقاسية؛ D - ألياف ممدودة من منطقة تمزق البنية المزدوجة).
يختلف شعر الكابيبارا والبيكاري عن جميع الشعرات الأخرى التي تمت دراستها. الفرق الرئيسي في الكابيبارا هو وجود تكوين مزدوج للبشرة وشكل شعر بيضاوي (6А). يعد الأخدود الموجود بين جزئين من الشعر ضروريًا لإزالة الماء من فراء الحيوان بشكل أسرع، وكذلك لتحسين التهوية، مما يسمح له بالجفاف بشكل أسرع. عند تعرضه للتمدد، ينقسم الشعر إلى قسمين على طول الأخدود، ويتم تدمير كل جزء (6V). يتم فصل العديد من ألياف القشرة وتمددها (6S и 6D).
الصورة #7: شكل شعر البيكاري (А - هيكل بشرة ومكان التمزق؛ В — مورفولوجية تدمير القشرة وتفاصيل بنيتها؛ С — خلايا مغلقة (قطرها 20 ميكرون)، تتكون جدرانها من ألياف؛ D - جدران الخلايا).
البيكاري (عائلة تاياسويداي، أي. البقري) يحتوي الشعر على قشرة مسامية، ولا تحتوي طبقة البشرة على صفائح مميزة (7А). تحتوي قشرة الشعر على خلايا مغلقة يتراوح حجمها بين 10-30 ميكرون.7V) والتي تتكون جدرانها من ألياف الكيراتين (7S). هذه الجدران مسامية تمامًا، ويبلغ حجم المسام الواحد حوالي 0.5-3 ميكرون (7D).
كما رأينا في الصورة 7А، بدون دعم القشرة الليفية، تتشقق البشرة على طول خط الكسر، ويتم سحب الألياف في بعض الأماكن. بنية الشعر هذه ضرورية لجعل الشعر أكثر عموديًا، مما يزيد حجم الحيوان بصريًا، وهو ما قد يكون آلية دفاع للبيكاري. يقاوم شعر البقري الضغط بشكل جيد، لكنه لا يتعامل مع التمدد.
بعد أن فهموا السمات الهيكلية لشعر الحيوانات المختلفة، وكذلك أنواع الضرر الناتج عن التوتر، بدأ العلماء في وصف الخواص الميكانيكية.
الصورة رقم 8: مخطط التشوه لكل نوع شعر ومخطط الإعداد التجريبي للحصول على البيانات (معدل الانفعال 10-2 ث-1).
كما يتبين من الرسم البياني أعلاه، كانت الاستجابة لتمدد الشعر لدى أنواع مختلفة من الحيوانات مختلفة تمامًا. وهكذا أظهر شعر الإنسان والحصان والخنزير والدب رد فعل مشابه لرد فعل الصوف (ليس رد فعل شخص آخر، بل مادة نسيجية).
عند معامل مرونة مرتفع نسبيًا يبلغ 3.5-5 GPa، تتكون المنحنيات من منطقة خطية (مرنة)، تليها هضبة ذات إجهاد متزايد ببطء يصل إلى إجهاد يتراوح بين 0.20-0.25، وبعد ذلك يزداد معدل التصلب بشكل ملحوظ حتى سلالة الفشل من 0.40. منطقة الهضبة تشير إلى الاسترخاء а- التركيب الحلزوني لخيوط الكيراتين الوسيطة، والتي في بعض الحالات يمكن أن تتحول (جزئيًا) إلى b-صفائح (هياكل مسطحة). يؤدي التفكيك الكامل إلى تشوه قدره 1.31، وهو أعلى بكثير مما كان عليه في نهاية هذه المرحلة (0.20-0.25).
الجزء البلوري الذي يشبه الخيط من الهيكل محاط بمصفوفة غير متبلورة لا تتحول. يشكل الجزء غير المتبلور حوالي 55% من الحجم الإجمالي، ولكن فقط إذا كان قطر الخيوط الوسيطة 7 نانومتر وأن تكون مفصولة بـ 2 نانومتر من المادة غير المتبلورة. وقد تم استخلاص هذه المؤشرات الدقيقة في الدراسات السابقة.
أثناء مرحلة التشوه المتصلبة، يحدث الانزلاق بين الألياف القشرية وكذلك بين العناصر الهيكلية الأصغر مثل الألياف الدقيقة والخيوط الوسيطة والمصفوفة غير المتبلورة.
يُظهر شعر الزرافة والفيل وشعر البقري استجابة تصلب خطية نسبيًا مع عدم وجود تمييز واضح بين الهضاب ومناطق التصلب السريع (القمم). معامل المرونة منخفض نسبيًا ويبلغ حوالي 2 GPa.
على عكس الأنواع الأخرى، يُظهر شعر الكابيبارا استجابة تتميز بالتصلب السريع عند تعرضه لضغوط متتالية. ترتبط هذه الملاحظة بالبنية غير العادية لشعر الكابيبارا، أو بشكل أكثر دقة بوجود جزأين متماثلين وأخدود طولي بينهما.
وقد أجريت بالفعل دراسات سابقة تشير إلى أن معامل يونغ (المعامل المرن الطولي) يتناقص مع زيادة قطر الشعر في أنواع الحيوانات المختلفة. أشارت هذه الأعمال إلى أن معامل يونغ لدى البقري أقل بكثير من معامل يونغ لدى الحيوانات الأخرى، وقد يكون ذلك بسبب مسامية بنية شعرها.
ومن الغريب أيضًا أن تحتوي حيوانات البيكاري على مناطق سوداء وبيضاء على شعرها (لونين). تحدث فواصل الشد غالبًا في المنطقة البيضاء من الشعر. تعود المقاومة المتزايدة للمنطقة السوداء إلى وجود الميلانوسومات التي توجد حصريًا في الشعر الأسود.
كل هذه الملاحظات فريدة من نوعها حقاً، لكن يبقى السؤال الأهم: هل تلعب أبعاد الشعرة دوراً في قوتها؟
وإذا وصفنا الشعر عند الثدييات يمكننا تسليط الضوء على أهم الحقائق التي يعرفها الباحثون:
- في معظم أنواع الشعر، يكون أكثر سمكًا في الجزء الأوسط ويتناقص تدريجيًا باتجاه النهاية؛ يكون فراء الحيوانات البرية أكثر سمكًا بسبب موطنها؛
- تشير الاختلافات في قطر شعر أحد الأنواع إلى أن سمك معظم الشعر يختلف ضمن نطاق السمك العام لنوع حيواني معين. قد يختلف سمك الشعر بين الممثلين المختلفين لنفس النوع، لكن ما الذي يؤثر على هذا الاختلاف لا يزال غير معروف؛
- الأنواع المختلفة من الثدييات لها سماكة شعر مختلفة (كما قد يبدو ذلك مبتذلاً).
ومن خلال تلخيص هذه الحقائق المتاحة للجمهور والبيانات التي تم الحصول عليها خلال التجارب، تمكن العلماء من مقارنة جميع النتائج لتكوين علاقات بين سمك الشعر وقوته.
صورة رقم 9: العلاقة بين كثافة الشعر وقوته في أنواع الحيوانات المختلفة.
بسبب الاختلافات في قطر الشعر وقابلية التمدد، قرر العلماء معرفة ما إذا كان من الممكن التنبؤ بإجهادات الشد بناءً على إحصائيات ويبل، والتي يمكن أن تفسر على وجه التحديد الاختلافات في حجم العينة وحجم الخلل الناتج.
ومن المفترض أن شريحة الشعر ذات حجم V состоит из n عناصر الحجم، وكل وحدة حجم V0 لديه توزيع مماثل من العيوب. باستخدام افتراض الارتباط الأضعف، عند مستوى جهد معين σ فرصة P الحفاظ على سلامة شريحة شعر معينة مع الحجم V يمكن التعبير عنها كمنتج لاحتمالات إضافية للحفاظ على سلامة كل عنصر من عناصر الحجم، وهي:
P(V) = P(V0) · P(V0)… · P(V0) = · P(V0)n
أين هو الحجم V يحتوي على عناصر حجم n V0. كلما زاد الجهد P(V) يتناقص بشكل طبيعي.
باستخدام توزيع ويبل ثنائي المعلمة، يمكن التعبير عن احتمال فشل الحجم بأكمله على النحو التالي:
1 - ف = 1 - إكسب [ -V/V0 · (σ/σ0)م]
حيث σ - الجهد التطبيقية، σ0 هي القوة المميزة (المرجعية)، و m - معامل ويبل، وهو مقياس لتقلب الخاصية. ومن الجدير بالذكر أن احتمالية التدمير تزداد مع زيادة حجم العينة V في الجهد المستمر σ.
على المخطط 9А يظهر توزيع ويبل لضغوط الفشل التجريبي لشعر الإنسان والكابيبارا. تم التنبؤ بمنحنيات الأنواع الأخرى باستخدام الصيغة رقم 2 بنفس قيمة m كما في شعر الإنسان (m = 0.11).
متوسط الأقطار المستخدمة هي: الخنزير - 235 ميكرومتر، الحصان - 200 ميكرومتر، البقري - 300 ميكرومتر، الدب - 70 ميكرومتر، شعر الفيل - 345 ميكرومتر والزرافة - 370 ميكرومتر.
بناءً على حقيقة أنه يمكن تحديد إجهاد الكسر عند P(V) = 0.5، تشير هذه النتائج إلى أن إجهاد الفشل يتناقص مع زيادة قطر الشعر عبر الأنواع.
على المخطط 9V يُظهر ضغوط التمزق المتوقعة عند احتمال فشل بنسبة 50٪ (P(V) = 0.5) ومتوسط إجهاد الكسر التجريبي للأنواع المختلفة.
يصبح من الواضح أنه مع زيادة قطر الشعرة من 100 إلى 350 ملم، ينخفض ضغط التكسر من 200-250 ميجا باسكال إلى 125-150 ميجا باسكال. تتوافق نتائج محاكاة توزيع Weibull بشكل ممتاز مع نتائج المراقبة الفعلية. الاستثناء الوحيد هو شعر البقري لأنه مسامي للغاية. القوة الفعلية لشعر البقري أقل من تلك التي أظهرتها نمذجة توزيع ويبل.
لمزيد من التعارف المفصل مع الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بالنظر и له.
خاتمة
الاستنتاج الرئيسي من الملاحظات المذكورة أعلاه هو أن الشعر الكثيف لا يعادل الشعر القوي. صحيح، كما يقول العلماء أنفسهم، هذا البيان ليس اكتشاف الألفية، حيث تم إجراء ملاحظات مماثلة عند دراسة الأسلاك المعدنية. النقطة هنا ليست حتى في الفيزياء أو الميكانيكا أو علم الأحياء، ولكن في الإحصاء - كلما زاد حجم الكائن، زاد نطاق العيوب.
يعتقد العلماء أن العمل الذي استعرضناه اليوم سيساعد زملائهم على إنشاء مواد اصطناعية جديدة. المشكلة الرئيسية هي أنه على الرغم من تطور التقنيات الحديثة، إلا أنها ليست قادرة بعد على خلق شيء مثل شعر الإنسان أو شعر الفيل. ففي نهاية المطاف، يشكل إنشاء شيء صغير جدًا تحديًا بالفعل، ناهيك عن بنيته المعقدة.
كما نرى، أظهرت هذه الدراسة أن حرير العنكبوت ليس فقط هو الذي يستحق اهتمام العلماء كمصدر إلهام للمواد المستقبلية فائقة القوة والخفيفة للغاية، ولكن أيضًا شعر الإنسان يمكن أن يفاجئ بخصائصه الميكانيكية وقوته المذهلة.
شكرًا لكم على اهتمامكم ، ابقوا فضوليين واستمتعوا بأسبوع جيد للجميع. 🙂
بعض الاعلانات 🙂
أشكركم على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المحتوى المثير للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية للأصدقاء ، , تناظرية فريدة من خوادم المستوى المبتدئ ، اخترعناها من أجلك: (متوفر مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا وحتى 40 جيجا بايت DDR4).
Dell R730xd أرخص مرتين في مركز بيانات Equinix Tier IV في أمستردام؟ هنا فقط في هولندا! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 جيجا هرتز 6C 128 جيجا بايت DDR3 2x960 جيجا بايت SSD 1 جيجا بايت في الثانية 100 تيرا بايت - من 99 دولارًا! أقرأ عن
المصدر: www.habr.com