موهای چه کسی قوی تر است: مورفولوژی مو

برای انسان‌های مدرن، مو چیزی بیش از یک عنصر هویت بصری، بخشی از تصویر و شخصیت فرد نیست. با وجود این، این ساختارهای شاخی پوست چندین عملکرد بیولوژیکی مهم را انجام می‌دهند: محافظت، تنظیم دما، لمس و غیره. خب، موهای ما چقدر قوی هستند؟ معلوم شده است که چندین برابر قوی‌تر از موهای فیل یا زرافه هستند.

امروز، در مورد مطالعه‌ای خواهیم آموخت که در آن دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا (ایالات متحده آمریکا) تصمیم گرفتند همبستگی بین ضخامت و استحکام مو را در گونه‌های مختلف حیوانات، از جمله انسان، آزمایش کنند. مشخص شد که موی چه کسی قوی‌ترین است، موی گونه‌های مختلف چه خواص مکانیکی دارد و چگونه این تحقیق می‌تواند به توسعه انواع جدید مواد کمک کند؟ در گزارش دانشمندان در مورد این موضوع خواهیم آموخت. بیایید شروع کنیم.

مبنای تحقیق

مو که عمدتاً از پروتئین کراتین تشکیل شده است، ساختاری شاخی دارد که در پوست پستانداران یافت می‌شود. در واقع، مو، پشم و خز مترادف هستند. از نظر ساختاری، مو از صفحات کراتینی تشکیل شده است که مانند دومینوهایی که روی هم می‌افتند، روی هم قرار می‌گیرند. هر مو دارای سه لایه است: کوتیکول، لایه بیرونی و محافظ؛ قشر مو، قشری متشکل از سلول‌های مرده و کشیده (که برای استحکام و خاصیت ارتجاعی مو مهم است و رنگ آن را به دلیل ملانین تعیین می‌کند)؛ و مدولا، لایه مرکزی مو، متشکل از سلول‌های نرم کراتین و فضاهای هوایی که به انتقال مواد مغذی به لایه‌های دیگر کمک می‌کنند.

اگر مو را به صورت عمودی تقسیم کنیم، به بخش بالای پوست (ساقه) و بخش زیر پوست (پیاز یا ریشه) می‌رسیم. پیاز مو توسط یک فولیکول احاطه شده است که شکل آن، شکل خود مو را تعیین می‌کند: یک فولیکول گرد، صاف است، یک فولیکول بیضی شکل کمی فرفری است و یک فولیکول کلیوی شکل، فرفری است.

بسیاری از دانشمندان معتقدند که پیشرفت تکنولوژی در حال تغییر تکامل انسان است. این بدان معناست که برخی از اندام‌ها و ساختارهای بدن ما به تدریج در حال تبدیل شدن به اندام‌های وستیجیال هستند - اندام‌هایی که هدف خود را از دست داده‌اند. چنین بخش‌هایی شامل دندان عقل، آپاندیس و موهای بدن می‌شوند. به عبارت دیگر، دانشمندان معتقدند که با گذشت زمان، این ساختارها به سادگی از آناتومی ما ناپدید می‌شوند. گفتن اینکه آیا این درست است یا خیر دشوار است، اما برای بسیاری از افراد عادی، به عنوان مثال، دندان عقل با مراجعه به دندانپزشک برای کشیدن اجتناب‌ناپذیر آنها مرتبط است.

به هر حال، مو برای انسان ضروری است. اگرچه ممکن است دیگر نقش مهمی در تنظیم حرارت بدن نداشته باشد، اما همچنان بخش جدایی‌ناپذیری از زیبایی‌شناسی است. همین امر را می‌توان در مورد فرهنگ جهانی نیز گفت. در بسیاری از کشورها، مو از نظر تاریخی منبع تمام قدرت در نظر گرفته شده است و کوتاه کردن آن با مشکلات بالقوه سلامتی و حتی شکست در زندگی مرتبط بوده است. اهمیت مقدس مو از آیین‌های شمنی قبایل باستانی به ادیان مدرن‌تر، آثار نویسندگان، هنرمندان و مجسمه‌سازان منتقل شده است. به طور خاص، زیبایی زنانه اغلب با ظاهر یا تصویر (به عنوان مثال، در نقاشی‌ها) از موهای زیبای زنان ارتباط نزدیکی داشته است.

توجه کنید که موهای زهره چقدر دقیق است (ساندرو بوتیچلی، تولد زهره، ۱۴۸۵).

بیایید جنبه‌های فرهنگی و زیبایی‌شناختی مو را کنار بگذاریم و به بررسی تحقیقات دانشمندان بپردازیم.

مو، به اشکال مختلف، در بسیاری از گونه‌های پستانداران وجود دارد. اگرچه از نظر بیولوژیکی برای انسان به اندازه خز و کرک اهمیت ندارد، اما برای سایر حیوانات از ویژگی‌های حیاتی است. اگرچه ساختار اساسی موی انسان و مثلاً فیل‌ها بسیار مشابه است، اما تفاوت‌هایی نیز وجود دارد. واضح‌ترین تفاوت، اندازه آنهاست: موی فیل بسیار ضخیم‌تر از موی ماست، اما همانطور که معلوم شد، قوی‌تر نیست.

دانشمندان مدتی است که مو و پشم را مطالعه می‌کنند. نتایج این تحقیقات در لوازم آرایشی و پزشکی، و همچنین در صنعت نور (یا به قول L.P. Kalugina بدنام، "صنعت نور") یا به طور دقیق‌تر، در نساجی به کار گرفته شده است. علاوه بر این، مطالعه مو به توسعه مواد زیستی مبتنی بر کراتین کمک زیادی کرده است، که برای اولین بار در آغاز قرن گذشته با استفاده از آهک از شاخ حیوانات جدا شدند.

کراتینی که بدین ترتیب به دست می‌آمد برای ایجاد ژل‌هایی استفاده می‌شد که می‌توانستند با افزودن فرمالدئید تقویت شوند. بعدها، کراتین نه تنها از شاخ حیوانات، بلکه از خز و موی انسان نیز استخراج شد. مواد مبتنی بر کراتین در لوازم آرایشی، کامپوزیت‌ها و حتی روکش قرص‌ها کاربرد پیدا کردند.

مطالعه و تولید مواد بادوام و سبک این روزها به سرعت در حال توسعه است. مو، به عنوان یک ماده طبیعی، یکی از این مواد است که الهام‌بخش این نوع تحقیقات است. به عنوان مثال، استحکام کششی پشم و موی انسان از 200 تا 260 مگاپاسکال متغیر است که معادل استحکام ویژه 150-200 مگاپاسکال بر میلی‌گرم متر مکعب است. این مقاومت عملاً با فولاد (250 مگاپاسکال بر میلی‌گرم متر مکعب) قابل مقایسه است.

ساختار سلسله مراتبی مو، که یادآور عروسک روسی است، نقش کلیدی در تعیین خواص مکانیکی آن ایفا می‌کند. مهم‌ترین عنصر این ساختار، قشر داخلی سلول‌های قشری (با قطر تقریبی ۵ میکرومتر و طول ۱۰۰ میکرومتر) است که از ماکروفیبریل‌های گروه‌بندی‌شده (با قطر تقریبی ۰.۲ تا ۰.۴ میکرومتر) تشکیل شده است که به نوبه خود از رشته‌های میانی (با قطر ۷.۵ نانومتر) که در یک ماتریس آمورف قرار گرفته‌اند، تشکیل شده‌اند.

خواص مکانیکی مو، حساسیت آن به دما، رطوبت و تغییر شکل، نتیجه مستقیم برهمکنش بین اجزای آمورف و کریستالی قشر مو است. الیاف کراتین در قشر موی انسان معمولاً قابلیت کشش بالایی با کرنش کششی بیش از 40٪ از خود نشان می‌دهند.

چنین ارزش بالایی به دلیل باز شدن پیچ و تاب سازه است аکراتین و در برخی موارد، تبدیل آن به b-کراتین، که منجر به افزایش طول می‌شود (یک دور کامل مارپیچ ۰.۵۲ نانومتری در پیکربندی به ۱.۲ نانومتر کشیده می‌شود) b). این یکی از دلایل اصلی است که چرا بسیاری از مطالعات بر روی کراتین تمرکز کرده‌اند و هدفشان بازسازی آن به شکل مصنوعی است. لایه بیرونی مو (کوتیکول)، همانطور که می‌دانیم، از صفحاتی (با ضخامت 0.3 تا 0.5 میکرومتر و طول 40 تا 60 میکرومتر) تشکیل شده است.

پیش از این، دانشمندان خواص مکانیکی موی افراد با سنین و قومیت‌های مختلف را مطالعه کرده بودند. این مطالعه بر تفاوت در خواص مکانیکی موی گونه‌های مختلف جانوری، یعنی انسان، اسب، خرس، گراز وحشی، کاپیبارا، گراز آمریکایی، زرافه و فیل تمرکز داشت.

نتایج مطالعه

تصویر شماره ۱: ریخت‌شناسی موی انسان (А — کوتیکول؛ В - شکستگی قشر مغز؛ انتهای فیبرها را نشان می‌دهد، С - سطح شکستگی که در آن سه لایه قابل مشاهده است. D - سطح جانبی قشر مغز که امتداد فیبر را نشان می‌دهد.

قطر موی یک فرد بالغ تقریباً ۸۰ تا ۱۰۰ میکرون است. با مراقبت مناسب از مو، ظاهر آن کاملاً سالم می‌ماند (1A). جزء داخلی موی انسان، قشر فیبری است. آزمایش کشش نشان داد که کوتیکول و قشر موی انسان به طور متفاوتی می‌شکنند: کوتیکول معمولاً به صورت سایشی (خرد شدن) می‌شکند، در حالی که الیاف کراتین در قشر، لایه لایه شده و از ساختار کلی بیرون کشیده می‌شوند (1V).

به تصویر کشیده شده است 1S سطح شکننده کوتیکول به وضوح قابل مشاهده است، با لایه‌هایی که به صورت صفحات کوتیکول روی هم افتاده و با ضخامت ۳۵۰ تا ۴۰۰ نانومتر قابل مشاهده هستند. لایه لایه شدن مشاهده شده روی سطح شکستگی، و همچنین ماهیت شکننده این سطح، پیوندهای سطحی ضعیف بین کوتیکول و قشر و همچنین بین الیاف درون قشر را نشان می‌دهد.

الیاف کراتین در قشر مغز لایه لایه بودند (1D) این نشان می‌دهد که قشر فیبری در درجه اول مسئول استحکام مکانیکی مو است.

تصویر شماره ۲: ریخت‌شناسی موی اسب (А - کوتیکول، که برخی از صفحات آن به دلیل عدم مراقبت کمی انحراف دارند. В - ظاهر شکاف؛ С - جزئیات پارگی قشر، که در آن کوتیکول پاره شده قابل مشاهده است. D - جزئیات کوتیکول).

ساختار موی اسب شبیه موی انسان است، به جز قطر آن که ۵۰٪ بزرگتر است (۱۵۰ میکرون). در تصویر 2A شما می‌توانید آسیب آشکاری به کوتیکول مشاهده کنید، جایی که بسیاری از صفحات به اندازه موی انسان به ساقه مو محکم متصل نیستند. محل شکستگی موی اسب شامل شکستگی طبیعی و شکستگی مو (لایه لایه شدن صفحات کوتیکول) است. 2V هر دو نوع آسیب قابل مشاهده هستند. در مناطقی که صفحات به طور کامل کنده شده‌اند، مرز بین کوتیکول و قشر مو قابل مشاهده است (2S). چندین الیاف در ناحیه رابط پاره و لایه لایه شدند. مقایسه این مشاهدات با مشاهدات قبلی (موی انسان)، چنین شکست‌هایی نشان می‌دهد که موی اسب هنگام بیرون کشیدن الیاف در قشر و جدا شدن کامل از کوتیکول، همان سطح تنش موی انسان را تجربه نکرده است. همچنین مشهود است که برخی از لایه‌ها از ساقه جدا شده‌اند، که ممکن است به دلیل تنش کششی باشد (2D).

تصویر شماره ۳: ریخت‌شناسی موی خرس (А — کوتیکول؛ В - آسیب در دو نقطه مرتبط با ناحیه پارگی؛ С - ترک خوردن کوتیکول با لایه لایه شدن الیاف در قشر؛ D - جزئیات ساختار فیبر، چندین فیبر کشیده از ساختار کلی قابل مشاهده است).

ضخامت موی خرس ۸۰ میکرون است. صفحات کوتیکول بسیار محکم به یکدیگر متصل شده‌اند (3A) و در بعضی مناطق حتی تشخیص صفحات موی جداگانه دشوار است. این ممکن است به دلیل اصطکاک بین موها و موهای مجاور باشد. تحت تنش کششی، این موها به معنای واقعی کلمه شکافته می‌شوند و ترک‌های بلندی ایجاد می‌کنند (درج روی) 3B) نشان می‌دهد که با اثر اتصال ضعیف کوتیکول آسیب‌دیده، الیاف کراتین در قشر مو به راحتی لایه لایه می‌شوند. لایه لایه شدن قشر مو باعث پارگی در کوتیکول می‌شود، همانطور که از الگوی زیگزاگ شکستگی مشهود است (3S). این کشش باعث می‌شود برخی از فیبرها از قشر مغز بیرون کشیده شوند (3D).

تصویر شماره ۴: ریخت‌شناسی موی گراز (А - شکستگی موی صاف رایج؛ В - ساختار کوتیکول، یکپارچگی (گروه‌بندی) ضعیف صفحات را نشان می‌دهد. С - جزئیات پارگی در مرز بین کوتیکول و قشر مو؛ D (الیاف کشیده شده از کل جرم و فیبریل‌های بیرون زده).

موی گراز به خصوص در مقایسه با موی خرس کاملاً ضخیم است (۲۳۰ میلی‌متر). وقتی آسیب می‌بیند، شکستگی موی گراز کاملاً مشخص به نظر می‌رسد (4A) عمود بر جهت تنش کششی.

صفحات کوتیکول نسبتاً کوچکِ نمایان، به دلیل کشیده شدن لبه‌هایشان، از بدنه اصلی مو جدا شده بودند (4V).

در سطح ناحیه تخریب، لایه لایه شدن الیاف به وضوح قابل مشاهده است، همچنین مشخص است که آنها در داخل قشر مغز بسیار محکم به یکدیگر متصل بوده‌اند (4S). فقط الیاف در مرز بین قشر و کوتیکول به دلیل جداسازی در معرض دید قرار گرفتند (4D) که وجود فیبریل‌های قشری ضخیم (با قطر ۲۵۰ نانومتر) را آشکار کرد. برخی از فیبریل‌ها به دلیل تغییر شکل، کمی بیرون زده‌اند. فرض بر این است که آنها به عنوان تقویت کننده موی گراز عمل می‌کنند.

تصویر شماره ۵: ریخت‌شناسی موی فیل (А - С) و یک زرافه (D - F). А — کوتیکول؛ В - شکستن پله ای مو؛ С - حفره‌های داخل مو نشان می‌دهد که الیاف از کجا کنده شده‌اند. D — صفحات کوتیکولی؛ Е - حتی شکستن مو؛ F - الیافی که در ناحیه شکستگی از سطح کنده شده‌اند.

ضخامت موی یک فیل نوزاد می‌تواند حدود ۳۳۰ میکرون باشد، در حالی که در یک فیل بالغ می‌تواند به ۱.۵ میلی‌متر برسد. تشخیص صفحات روی سطح دشوار است (5A). موی فیل همچنین مستعد شکستگی طبیعی است، یعنی شکستگی تمیز تحت کشش. علاوه بر این، مورفولوژی سطح شکستگی ظاهری پله‌ای (5V) ، احتمالاً ناشی از وجود نقص‌های جزئی در قشر مو است. همچنین می‌توان سوراخ‌های کوچکی را روی سطح شکستگی مشاهده کرد، جایی که احتمالاً فیبریل‌های تقویت‌کننده قبل از آسیب در آنجا قرار داشته‌اند (5S).

موهای زرافه نیز کاملاً ضخیم است (۳۷۰ میکرون)، اگرچه چیدمان صفحات کوتیکول چندان مشخص نیست (5D). اعتقاد بر این است که این به دلیل آسیب ناشی از عوامل مختلف محیطی (به عنوان مثال، اصطکاک با درختان هنگام تغذیه) است. با وجود تفاوت‌ها، شکستگی مو در زرافه مشابه فیل بود (5F).

تصویر شماره ۶: ریخت‌شناسی موی کاپی‌بارا (А - ساختار کوتیکولی مضاعف صفحات؛ В - پارگی ساختار دوگانه؛ С — الیاف نزدیک مرز پارگی شکننده و سفت به نظر می‌رسند؛ D - الیاف کشیده شده از ناحیه پارگی ساختار دوگانه).

موهای کاپیبارا و پکاری با تمام موهای دیگر مورد مطالعه متفاوت است. در کاپیبارا، تفاوت اصلی وجود پیکربندی کوتیکول دوتایی و شکل موی بیضی شکل است (6A). شیار بین دو قسمت آینه‌ای مو برای حذف سریع‌تر آب از پوشش حیوان و همچنین برای تهویه بهتر که امکان خشک شدن سریع‌تر را فراهم می‌کند، ضروری است. هنگامی که در معرض کشش قرار می‌گیرد، مو در امتداد شیار به دو قسمت تقسیم می‌شود و هر قسمت از بین می‌رود (6V). بسیاری از الیاف قشر مغز لایه لایه شده و کشیده شده‌اند (6S и 6D).

تصویر شماره ۷: مورفولوژی موی پکاری (А - ساختار کوتیکول و محل پارگی؛ В — ریخت‌شناسی تخریب قشر مغز و جزئیات ساختار آن؛ С — سلول‌های بسته (با قطر 20 میکرومتر) که دیواره‌های آنها از الیاف تشکیل شده است. D — دیواره‌های سلولی).

پکاری‌ها (خانواده) تایاسوئیده، یعنی موی پکاری (نوعی موی گربه) دارای قشر متخلخل است و لایه کوتیکول صفحات شفافی ندارد (7A). قشر مو حاوی سلول‌های بسته‌ای به ابعاد 10 تا 30 میکرومتر است (7V) ، که دیواره‌های آن از الیاف کراتین تشکیل شده است (7S). این دیوارها کاملاً متخلخل هستند و اندازه یک منفذ حدود 0.5 تا 3 میکرومتر است (7D).

همانطور که در تصویر مشاهده می‌کنید 7Aبدون حمایت قشر فیبری، کوتیکول در امتداد خط شکستگی ترک می‌خورد و فیبرها در برخی نواحی کشیده می‌شوند. این ساختار مو برای عمودی‌تر به نظر رسیدن مو و افزایش بصری اندازه حیوان ضروری است که ممکن است یک مکانیسم دفاعی برای گراز باشد. موهای گراز در برابر فشار کاملاً مقاوم هستند، اما در برابر کشش مقاومت ندارند.

دانشمندان با درک ویژگی‌های ساختاری موی حیوانات مختلف و همچنین انواع آسیب‌های ناشی از کشش، شروع به توصیف خواص مکانیکی آن کردند.

شکل ۸: نمودار کرنش برای هر نوع مو و شماتیک تنظیمات آزمایش برای جمع‌آوری داده‌ها (نرخ کرنش ۱۰-۲ ثانیه-۱).

همانطور که نمودار بالا نشان می‌دهد، پاسخ به کشش در بین موهای گونه‌های مختلف حیوانات به طور قابل توجهی متفاوت بود. به عنوان مثال، موی انسان، اسب، گراز و خرس پاسخی مشابه پشم (نه پشم، بلکه پشم نساجی) نشان دادند.

در مدول الاستیک نسبتاً بالای ۳.۵ تا ۵ گیگاپاسکال، منحنی‌ها شامل یک ناحیه خطی (الاستیک) و به دنبال آن یک سطح صاف با افزایش تدریجی تنش تا کرنش ۰.۲۰ تا ۰.۲۵ هستند، که پس از آن سرعت سخت‌شوندگی به طور قابل توجهی تا کرنش شکست ۰.۴۰ افزایش می‌یابد. ناحیه صاف مربوط به باز شدن پیچ است. а- ساختار مارپیچی رشته‌های میانی کراتین، که در برخی موارد می‌توانند (تا حدی) به ... تبدیل شوند b-ورق‌ها (سازه‌های مسطح). باز شدن کامل منجر به تغییر شکل ۱.۳۱ می‌شود که به طور قابل توجهی بیشتر از تغییر شکل در پایان این مرحله (۰.۲۰-۰.۲۵) است.

بخش رشته‌ای بلوری این ساختار توسط یک ماتریس آمورف احاطه شده است که دچار تغییر شکل نمی‌شود. بخش آمورف تقریباً 55٪ از کل حجم را تشکیل می‌دهد، اما تنها در صورتی که رشته‌های میانی قطر 7 نانومتر داشته باشند و توسط 2 نانومتر ماده آمورف از هم جدا شوند. این مقادیر دقیق از مطالعات قبلی به دست آمده‌اند.

در طول مرحله سخت شدن تغییر شکل، لغزش بین الیاف قشری و همچنین بین عناصر ساختاری کوچکتر مانند میکروفیبریل‌ها، رشته‌های میانی و ماتریس آمورف رخ می‌دهد.

موی زرافه، فیل و گراز وحشی، واکنش سخت‌شوندگی نسبتاً خطی از خود نشان می‌دهند، بدون اینکه تمایز مشخصی بین مناطق سخت‌شونده سریع و فلات‌ها (قله‌ها) وجود داشته باشد. مدول الاستیک نسبتاً پایین و حدود ۲ گیگاپاسکال است.

برخلاف سایر گونه‌ها، موی کاپیبارا واکنشی را نشان می‌دهد که با سخت شدن سریع تحت تنش‌های متوالی مشخص می‌شود. این مشاهده به دلیل ساختار غیرمعمول موی کاپیبارا، به ویژه وجود دو قسمت متقارن و یک شیار طولی بین آنها است.

مطالعات قبلی نشان داده‌اند که مدول یانگ (مدول طولی الاستیسیته) با افزایش قطر مو در گونه‌های مختلف حیوانات کاهش می‌یابد. این مطالعات نشان داد که مدول یانگ گراز وحشی به طور قابل توجهی کمتر از سایر حیوانات است که ممکن است به دلیل تخلخل ساختار موی آن باشد.

واقعیت جالب دیگر این است که موهای پکاری هم بخش سیاه و هم بخش سفید (دو رنگ) دارد. شکستگی‌های ناشی از کشش اغلب در بخش سفید مو رخ می‌دهد. مقاومت بیشتر بخش سیاه به دلیل وجود ملانوزوم‌ها است که منحصراً در موهای سیاه یافت می‌شوند.

همه این مشاهدات واقعاً بی‌نظیر هستند، اما سوال اصلی همچنان باقی است: آیا اندازه مو در استحکام آن نقشی دارد؟

هنگام توصیف مو در پستانداران، می‌توانیم حقایق اصلی شناخته شده برای محققان را برجسته کنیم:

• بیشتر گونه‌ها موهایی دارند که در مرکز ضخیم‌تر هستند و به سمت انتها باریک می‌شوند؛ حیوانات وحشی به دلیل زیستگاهشان خز ضخیم‌تری دارند؛
• تغییرات در قطر مو در یک گونه واحد نشان می‌دهد که ضخامت اکثر موها در محدوده کلی برای یک گونه جانوری خاص متفاوت است. ضخامت مو ممکن است در بین افراد یک گونه متفاوت باشد، اما عواملی که بر این تنوع تأثیر می‌گذارند هنوز ناشناخته هستند.
• گونه‌های مختلف پستانداران ضخامت موهای متفاوتی دارند (هرچند که ممکن است بی‌اهمیت به نظر برسد).

با خلاصه کردن این حقایق عمومی و داده‌های به‌دست‌آمده در طول آزمایش‌ها، دانشمندان توانستند تمام نتایج را با هم مقایسه کنند تا وابستگی‌هایی بین ضخامت مو و استحکام آن ایجاد کنند.

شکل ۹: رابطه بین ضخامت و استحکام مو در گونه‌های مختلف جانوری.

به دلیل تفاوت در قطر و قابلیت کشش مو، دانشمندان تصمیم گرفتند بررسی کنند که آیا می‌توان استحکام کششی آنها را با استفاده از آمار وایبول پیش‌بینی کرد، که به طور خاص می‌تواند تفاوت در اندازه نمونه و اندازه نقص ناشی از آن را توضیح دهد.

فرض بر این است که بخش مو با حجم V состоит из n عناصر حجم، با هر واحد حجم V0 توزیع مشابهی از نقص‌ها دارد. با استفاده از فرض ضعیف‌ترین حلقه، در یک سطح تنش معین σ احتمال P حفظ یکپارچگی این بخش مو با حجم‌دهی V می‌تواند به عنوان حاصلضرب احتمالات اضافی حفظ یکپارچگی هر یک از عناصر حجم بیان شود، یعنی:

P(V) = P(V0🇧🇷 P(V0) ... · P(V0) = · P(V0)n

حجم کجاست؟ V شامل n عنصر حجمی است V0وقتی ولتاژ افزایش می‌یابد P(V) به طور طبیعی کاهش می یابد.

با استفاده از توزیع وایبل دو پارامتری، احتمال فروپاشی کل حجم را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:

۱ — P = ۱ — exp [ —V/V0 · (σ/σ0) متر]

جایی که σ — ولتاژ اعمال شده، σ0 مقاومت مشخصه (مرجع) است، و m — مدول وایبل، که معیاری برای تغییرپذیری خواص است. شایان ذکر است که احتمال شکست با افزایش اندازه نمونه افزایش می‌یابد. V در ولتاژ ثابت σ.

روی نمودار 9A توزیع وایبول تنش‌های شکست تجربی برای موی انسان و کاپیبارا نشان داده شده است. منحنی‌ها برای گونه‌های دیگر با استفاده از فرمول شماره ۲ با همان مقدار m برای موی انسان پیش‌بینی شدند (m =

قطرهای متوسط ​​مورد استفاده عبارت بودند از: گراز - ۲۳۵ میکرومتر، اسب - ۲۰۰ میکرومتر، گراز آمریکایی - ۳۰۰ میکرومتر، خرس - ۷۰ میکرومتر، موی فیل - ۳۴۵ میکرومتر و زرافه - ۳۷۰ میکرومتر.

بر اساس این واقعیت که تنش شکست را می‌توان در ... تعیین کرد. P(V) = 0.5، این نتایج نشان می‌دهد که تنش پارگی با افزایش قطر مو در گونه‌های مختلف کاهش می‌یابد.

روی نمودار 9V تنش‌های کششی پیش‌بینی‌شده در احتمال شکست ۵۰٪ نشان داده شده‌اند (P(V) = 0.5) و میانگین تنش کششی تجربی برای انواع مختلف.

مشخص می‌شود که با افزایش قطر مو از ۱۰۰ به ۳۵۰ میلی‌متر، استحکام کششی آن از ۲۰۰-۲۵۰ مگاپاسکال به ۱۲۵-۱۵۰ مگاپاسکال کاهش می‌یابد. نتایج مدل‌سازی توزیع وایبول با مشاهدات واقعی مطابقت بسیار خوبی دارد. تنها استثنا موی گربه است که بسیار متخلخل است. استحکام واقعی موی گربه کمتر از مقدار پیش‌بینی‌شده توسط مدل‌سازی توزیع وایبول است.

برای آشنایی دقیق تر با تفاوت های ظریف مطالعه، توصیه می کنم نگاه کنید دانشمندان گزارش می دهند и مواد اضافی به او.

خاتمه

نتیجه‌گیری اصلی مشاهدات فوق این است که موی ضخیم معادل موی قوی نیست. با این حال، همانطور که خود دانشمندان می‌گویند، این گفته یک کشف پیشگامانه نیست، زیرا مشاهدات مشابهی هنگام مطالعه سیم فلزی انجام شده است. این موضوع مربوط به فیزیک، مکانیک یا زیست‌شناسی نیست، بلکه مربوط به آمار است: هرچه جسم بزرگتر باشد، پتانسیل نقص بیشتر است.

دانشمندان معتقدند کاری که امروز بررسی کردیم به همکارانشان در ساخت مواد مصنوعی جدید کمک خواهد کرد. مشکل اصلی این است که با وجود پیشرفت فناوری مدرن، آنها هنوز قادر به ساخت چیزی قابل مقایسه با موی انسان یا فیل نیستند. گذشته از همه اینها، ساخت چیزی به این کوچکی به خودی خود یک چالش است، چه برسد به ساختار پیچیده آن.

همانطور که می‌بینیم، این مطالعه نشان داده است که نه تنها ابریشم عنکبوت شایسته توجه دانشمندان به عنوان الهام‌بخشی برای مواد فوق قوی و فوق سبک آینده است، بلکه موی انسان نیز با خواص مکانیکی و استحکام قابل توجه خود قادر به شگفتی‌سازی است.

ممنون که خواندید، کنجکاو باشید و هفته خوبی داشته باشید بچه ها. 🙂

چند تبلیغ 🙂

از اینکه با ما ماندید متشکرم آیا مقالات ما را دوست دارید؟ آیا می خواهید مطالب جالب تری ببینید؟ با ثبت سفارش یا معرفی به دوستان از ما حمایت کنید ابر VPS برای توسعه دهندگان از 4.99 دلار, یک آنالوگ منحصر به فرد از سرورهای سطح ورودی که توسط ما برای شما اختراع شده است: تمام حقیقت در مورد VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps از 19 دلار یا چگونه سرور را به اشتراک بگذاریم؟ (در دسترس با RAID1 و RAID10، حداکثر 24 هسته و حداکثر 40 گیگابایت DDR4).

Dell R730xd 2 برابر ارزان تر در مرکز داده Equinix Tier IV در آمستردام؟ فقط اینجا 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV از 199 دلار در هلند! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - از 99 دلار! در مورد بخوانید نحوه ساخت شرکت زیرساخت کلاس با استفاده از سرورهای Dell R730xd E5-2650 v4 به ارزش 9000 یورو برای یک پنی؟

منبع: www.habr.com