किसके बाल अधिक मजबूत हैं: बाल आकारिकी

एक आधुनिक व्यक्ति के लिए बाल दृश्य आत्म-पहचान के एक तत्व, छवि और छवि के हिस्से से ज्यादा कुछ नहीं हैं। इसके बावजूद, त्वचा की इन सींगदार संरचनाओं में कई महत्वपूर्ण जैविक कार्य होते हैं: सुरक्षा, थर्मोरेग्यूलेशन, स्पर्श, आदि। हमारे बाल कितने मजबूत हैं? जैसा कि यह निकला, वे हाथी या जिराफ़ के बालों से कई गुना अधिक मजबूत हैं।

आज हम एक अध्ययन से परिचित होंगे जिसमें कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय (यूएसए) के वैज्ञानिकों ने यह परीक्षण करने का निर्णय लिया कि मनुष्यों सहित विभिन्न पशु प्रजातियों में बालों की मोटाई और इसकी ताकत कैसे संबंधित है। किसके बाल सबसे मजबूत हैं, विभिन्न प्रकार के बालों में क्या यांत्रिक गुण होते हैं, और यह शोध नई प्रकार की सामग्री विकसित करने में कैसे मदद कर सकता है? इस बात की जानकारी हमें वैज्ञानिकों की रिपोर्ट से मिलती है. जाना।

अनुसंधान आधार

बाल, जिसमें मुख्यतः प्रोटीन केराटिन होता है, स्तनधारी त्वचा की सींगदार संरचना है। वास्तव में, बाल, ऊन और फर पर्यायवाची हैं। बालों की संरचना में केराटिन प्लेटें होती हैं जो एक-दूसरे को ओवरलैप करती हैं, जैसे डोमिनोज़ एक-दूसरे के ऊपर गिरते हैं। प्रत्येक बाल में तीन परतें होती हैं: छल्ली बाहरी और सुरक्षात्मक परत होती है; कॉर्टेक्स - कॉर्टेक्स, लम्बी मृत कोशिकाओं से युक्त (बालों की मजबूती और लोच के लिए महत्वपूर्ण, मेलेनिन के कारण इसका रंग निर्धारित करता है) और मज्जा - बालों की केंद्रीय परत, जिसमें नरम केराटिन कोशिकाएं और वायु गुहाएं होती हैं, जो अन्य परतों में पोषक तत्वों के स्थानांतरण में शामिल।

यदि बालों को लंबवत रूप से विभाजित किया जाता है, तो हमें एक चमड़े के नीचे का खंड (शाफ्ट) और एक चमड़े के नीचे का खंड (बल्ब या जड़) मिलता है। बल्ब एक कूप से घिरा होता है, जिसका आकार स्वयं बालों के आकार को निर्धारित करता है: एक गोल कूप सीधा होता है, एक अंडाकार कूप थोड़ा घुंघराले होता है, एक गुर्दे के आकार का कूप घुंघराले होता है।

कई वैज्ञानिकों का सुझाव है कि तकनीकी प्रगति के कारण मानव विकास बदल रहा है। अर्थात्, हमारे शरीर में कुछ अंग और संरचनाएँ धीरे-धीरे अल्पविकसित हो जाती हैं - जो अपना इच्छित उद्देश्य खो चुकी हैं। इन शरीर के अंगों में अक्ल दाढ़, अपेंडिक्स और शरीर के बाल शामिल हैं। दूसरे शब्दों में, वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि समय के साथ, ये संरचनाएं हमारी शारीरिक रचना से गायब हो जाएंगी। यह सच है या नहीं, यह कहना मुश्किल है, लेकिन कई सामान्य लोगों के लिए, उदाहरण के लिए, अक्ल दाढ़, उनके अपरिहार्य निष्कासन के लिए दंत चिकित्सक के पास जाने से जुड़ी होती है।

जैसा भी हो, एक व्यक्ति को बालों की आवश्यकता होती है; यह अब थर्मोरेग्यूलेशन में महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभा सकता है, लेकिन यह अभी भी सौंदर्यशास्त्र का एक अभिन्न अंग है। विश्व संस्कृति के बारे में भी यही कहा जा सकता है। कई देशों में, प्राचीन काल से, बालों को सभी ताकत का स्रोत माना जाता था, और इसे काटना संभावित स्वास्थ्य समस्याओं और यहां तक ​​कि जीवन में असफलताओं से भी जुड़ा था। बालों का पवित्र अर्थ प्राचीन जनजातियों के शर्मनाक अनुष्ठानों से अधिक आधुनिक धर्मों, लेखकों, कलाकारों और मूर्तिकारों के कार्यों में स्थानांतरित हो गया। विशेष रूप से, महिला सौंदर्य का अक्सर सुंदर महिलाओं के बालों के दिखने या चित्रित होने के तरीके से गहरा संबंध होता था (उदाहरण के लिए, चित्रों में)।

ध्यान दें कि शुक्र के बालों को कितने विस्तृत रूप से चित्रित किया गया है (सैंड्रो बोथीसेली, "बर्थ ऑफ वीनस", 1485)।

आइए बालों के सांस्कृतिक और सौंदर्य संबंधी पहलू को छोड़ दें और वैज्ञानिकों के शोध पर विचार करना शुरू करें।

बाल, किसी न किसी रूप में, स्तनधारियों की कई प्रजातियों में मौजूद होते हैं। यदि मनुष्यों के लिए वे अब जैविक दृष्टिकोण से इतने महत्वपूर्ण नहीं हैं, तो पशु जगत के अन्य प्रतिनिधियों के लिए ऊन और फर महत्वपूर्ण गुण हैं। साथ ही, उनकी मूल संरचना के संदर्भ में, मानव बाल और, उदाहरण के लिए, हाथी के बाल बहुत समान हैं, हालांकि अंतर हैं। उनमें से सबसे स्पष्ट आयाम है, क्योंकि हाथी के बाल हमारी तुलना में बहुत मोटे होते हैं, लेकिन, जैसा कि यह निकला, मजबूत नहीं।

वैज्ञानिक काफी समय से बाल और ऊन का अध्ययन कर रहे हैं। इन कार्यों के परिणामों को कॉस्मेटोलॉजी और चिकित्सा, और प्रकाश उद्योग (या, जैसा कि प्रसिद्ध कलुगिना एल.पी. कहेंगे: "प्रकाश उद्योग"), या अधिक सटीक रूप से वस्त्रों में लागू किया गया था। इसके अलावा, बालों के अध्ययन से केराटिन पर आधारित बायोमटेरियल के विकास में काफी मदद मिली है, जिसे पिछली शताब्दी की शुरुआत में उन्होंने चूने का उपयोग करके जानवरों के सींगों से अलग करना सीखा था।

इस प्रकार प्राप्त केराटिन का उपयोग जैल बनाने के लिए किया गया था जिसे फॉर्मेल्डिहाइड जोड़कर मजबूत किया जा सकता था। बाद में, उन्होंने केराटिन को न केवल जानवरों के सींगों से, बल्कि उनके फर के साथ-साथ मानव बालों से भी अलग करना सीखा। केराटिन पर आधारित पदार्थों का उपयोग सौंदर्य प्रसाधनों, कंपोजिट और यहां तक ​​कि टैबलेट कोटिंग्स में भी किया गया है।

आजकल, टिकाऊ और हल्के पदार्थों के अध्ययन और उत्पादन का उद्योग तेजी से विकसित हो रहा है। बाल, प्राकृतिक रूप से होने के कारण, उन प्राकृतिक सामग्रियों में से एक हैं जो इस प्रकार के शोध को प्रेरित करते हैं। ऊन और मानव बाल की तन्यता ताकत पर विचार करें, जो 200 से 260 एमपीए तक होती है, जो 150-200 एमपीए/मिलीग्राम एम-3 की विशिष्ट ताकत के बराबर है। और यह लगभग स्टील (250 MPa/mg m-3) के तुलनीय है।

बालों के यांत्रिक गुणों के निर्माण में मुख्य भूमिका इसकी पदानुक्रमित संरचना द्वारा निभाई जाती है, जो एक मैत्रियोश्का गुड़िया की याद दिलाती है। इस संरचना का सबसे महत्वपूर्ण तत्व कॉर्टिकल कोशिकाओं का आंतरिक कॉर्टेक्स है (व्यास लगभग 5 माइक्रोमीटर और लंबाई 100 माइक्रोमीटर), जिसमें समूहीकृत मैक्रोफाइब्रिल्स (व्यास लगभग 0.2-0.4 माइक्रोमीटर) होते हैं, जो बदले में मध्यवर्ती फिलामेंट्स (7.5 एनएम) से बने होते हैं। व्यास में), एक अनाकार मैट्रिक्स में एम्बेडेड।

बालों के यांत्रिक गुण, तापमान, आर्द्रता और विरूपण के प्रति इसकी संवेदनशीलता कॉर्टेक्स के अनाकार और क्रिस्टलीय घटकों की परस्पर क्रिया का प्रत्यक्ष परिणाम है। मानव बाल कॉर्टेक्स के केराटिन फाइबर में आमतौर पर उच्च बढ़ाव होता है, जिसमें 40% से अधिक का तन्य तनाव होता है।

इतना अधिक मूल्य संरचना के खुलने के कारण है а-केराटिन और, कुछ मामलों में, इसका परिवर्तन b-केराटिन, जिससे लंबाई में वृद्धि होती है (0.52 एनएम हेलिक्स का एक पूर्ण मोड़ कॉन्फ़िगरेशन में 1.2 एनएम तक बढ़ाया जाता है) b). यह मुख्य कारणों में से एक है कि कई अध्ययनों ने इसे सिंथेटिक रूप में फिर से बनाने के लिए विशेष रूप से केराटिन पर ध्यान केंद्रित किया है। लेकिन बालों की बाहरी परत (क्यूटिकल), जैसा कि हम पहले से ही जानते हैं, प्लेटों (0.3-0.5 माइक्रोन मोटी और 40-60 माइक्रोन लंबाई) से बनी होती है।

इससे पहले, वैज्ञानिक पहले ही विभिन्न आयु और जातीय समूहों के लोगों के बालों के यांत्रिक गुणों पर शोध कर चुके हैं। इस कार्य में, विभिन्न पशु प्रजातियों, जैसे: मनुष्य, घोड़े, भालू, जंगली सूअर, कैपिबारा, पेकेरी, जिराफ और हाथियों के बालों के यांत्रिक गुणों में अंतर का अध्ययन करने पर जोर दिया गया था।

अध्ययन के परिणाम

छवि #1: मानव बाल आकारिकी (А - छल्ली; В - कॉर्टेक्स फ्रैक्चर; तंतुओं के सिरे दिखाते हुए, С - भ्रंश की सतह, जहां तीन परतें दिखाई देती हैं; D - कॉर्टेक्स की पार्श्व सतह, फाइबर बढ़ाव दिखाती है)।

एक वयस्क मानव बाल का व्यास लगभग 80-100 माइक्रोन होता है। बालों की सामान्य देखभाल से उनका स्वरूप काफी समग्र होता है (1А). मानव बाल का आंतरिक घटक रेशेदार कॉर्टेक्स है। तन्यता परीक्षण के बाद, यह पाया गया कि मानव बाल के क्यूटिकल और कॉर्टेक्स अलग-अलग तरीके से टूटते हैं: क्यूटिकल आमतौर पर घर्षण से टूट जाता है (क्रम्पल हो जाता है), और कॉर्टेक्स में केराटिन फाइबर छिल जाते हैं और समग्र संरचना से बाहर निकल जाते हैं (1V).

चित्र में 1S परतों के दृश्य से छल्ली की नाजुक सतह स्पष्ट रूप से दिखाई देती है, जो छल्ली प्लेटों को ओवरलैप कर रही हैं और जिनकी मोटाई 350-400 एनएम है। फ्रैक्चर सतह पर देखा गया प्रदूषण, साथ ही इस सतह की भंगुर प्रकृति, क्यूटिकल और कॉर्टेक्स के बीच और कॉर्टेक्स के भीतर तंतुओं के बीच कमजोर इंटरफेशियल संचार को इंगित करती है।

कॉर्टेक्स में केराटिन फाइबर छूट गए थे (1D). इससे पता चलता है कि बालों की यांत्रिक मजबूती के लिए रेशेदार कॉर्टेक्स मुख्य रूप से जिम्मेदार है।

छवि संख्या 2: घोड़े के बाल की आकृति विज्ञान (А - छल्ली, जिनमें से कुछ प्लेटें देखभाल की कमी के कारण थोड़ी विचलित हो जाती हैं; В - टूटना की उपस्थिति; С - कॉर्टेक्स के टूटने का विवरण, जहां फटा हुआ छल्ली दिखाई देता है; D - छल्ली विवरण)।

घोड़े के बाल की संरचना मानव बाल के समान होती है, व्यास को छोड़कर, जो 50% बड़ा (150 माइक्रोन) होता है। चित्र में 2А आप छल्ली को स्पष्ट क्षति देख सकते हैं, जहां कई प्लेटें शाफ्ट से उतनी निकटता से जुड़ी नहीं हैं जितनी वे मानव बाल में थीं। घोड़े के बाल टूटने की जगह पर सामान्य टूटना और बाल टूटना (क्यूटिकल प्लेटों का प्रदूषण) दोनों होते हैं। पर 2V दोनों प्रकार की क्षति दृष्टिगोचर हो रही है। उन क्षेत्रों में जहां लैमेला पूरी तरह से फट गया है, क्यूटिकल और कॉर्टेक्स के बीच का इंटरफ़ेस दिखाई देता है (2S). इंटरफ़ेस पर कई फ़ाइबर फटे हुए थे और ख़राब हो रहे थे। पिछले अवलोकनों (मानव बाल) के साथ इन अवलोकनों की तुलना करने पर, ऐसी विफलताओं से संकेत मिलता है कि जब कॉर्टेक्स में तंतुओं को बाहर निकाला गया और छल्ली से पूरी तरह से अलग किया गया, तो घोड़े के बालों को मानव बालों जितना तनाव का अनुभव नहीं हुआ। यह भी देखा जा सकता है कि कुछ प्लेटें रॉड से अलग हो गई हैं, जो तन्य तनाव के कारण हो सकता है (2D).

छवि #3: भालू के बालों की आकृति विज्ञान (А - छल्ली; В - टूटने वाले क्षेत्र से जुड़े दो बिंदुओं पर क्षति; С - कॉर्टेक्स में तंतुओं के प्रदूषण के साथ छल्ली का टूटना; D - फाइबर संरचना का विवरण, सामान्य संरचना से कई लम्बे फाइबर दिखाई दे रहे हैं)।

भालू के बाल की मोटाई 80 माइक्रोन होती है। छल्ली प्लेटें एक दूसरे से बेहद मजबूती से जुड़ी होती हैं (3А), और कुछ क्षेत्रों में अलग-अलग प्लेटों को अलग करना भी मुश्किल है। यह पड़ोसी बालों के विरुद्ध बालों के घर्षण के कारण हो सकता है। तन्य तनाव के तहत, ये बाल वस्तुतः लंबी दरारों की उपस्थिति के साथ विभाजित हो जाते हैं (इनसेट ऑन)। 3B), यह दर्शाता है कि क्षतिग्रस्त छल्ली के कमजोर बंधन प्रभाव के साथ, कॉर्टेक्स में केराटिन फाइबर आसानी से नष्ट हो गए थे। कॉर्टेक्स के प्रदूषण के कारण छल्ली में दरार आ जाती है, जैसा कि दरार के ज़िगज़ैग पैटर्न से पता चलता है (3S). इस तनाव के कारण कुछ तंतु कॉर्टेक्स से बाहर निकल जाते हैं (3D).

छवि संख्या 4: सूअर के बाल की आकृति विज्ञान (А - साधारण फ्लैट हेयरलाइन फ्रैक्चर; В - छल्ली की संरचना प्लेटों की अखंडता (समूहन) की खराब स्थिति को दर्शाती है; С - क्यूटिकल और कॉर्टेक्स के बीच इंटरफ़ेस पर अंतर का विवरण; D - कुल द्रव्यमान और उभरे हुए तंतुओं से बढ़े हुए तंतु)।

सूअर के बाल काफी मोटे (230 मिमी) होते हैं, खासकर भालू के बालों की तुलना में। क्षतिग्रस्त होने पर सूअर के बालों का फटना काफी स्पष्ट दिखता है (4А) तन्य तनाव की दिशा के लंबवत।

अपेक्षाकृत छोटी उजागर छल्ली प्लेटें उनके किनारों के खिंचाव के कारण बालों के मुख्य भाग से फट गईं (4V).

विनाश क्षेत्र की सतह पर, तंतुओं का प्रदूषण स्पष्ट रूप से दिखाई देता है; यह भी स्पष्ट है कि वे कॉर्टेक्स के अंदर एक दूसरे से बहुत कसकर जुड़े हुए थे (4S). अलगाव के कारण कॉर्टेक्स और क्यूटिकल के बीच इंटरफेस पर केवल फाइबर उजागर हुए थे (4D), जिससे मोटे कॉर्टिकल फ़ाइब्रिल्स (व्यास में 250 एनएम) की उपस्थिति का पता चला। विरूपण के कारण कुछ तंतु थोड़े उभरे हुए थे। ऐसा माना जाता है कि वे सूअर के बालों के लिए एक मजबूत एजेंट के रूप में काम करते हैं।

छवि #5: हाथी के बाल आकारिकी (А - С) और जिराफ़ (D - F). А - छल्ली; В - चरणबद्ध बाल तोड़ना; С - बालों के अंदर रिक्त स्थान इंगित करते हैं कि रेशे कहाँ से टूटे हुए हैं। D - क्यूटिकुलर प्लेटें; Е - बाल भी टूटना; F - फ्रैक्चर क्षेत्र में सतह से फटे हुए रेशे।

एक शिशु हाथी के बाल लगभग 330 माइक्रोन मोटे हो सकते हैं, और एक वयस्क में यह 1.5 मिमी तक पहुँच सकते हैं। सतह पर मौजूद प्लेटों को अलग करना मुश्किल है (5А.हाथी के बालों के सामान्य रूप से टूटने का भी खतरा होता है, यानी। शुद्ध तन्यता फ्रैक्चर के लिए. इसके अलावा, फ्रैक्चर सतह की आकृति विज्ञान एक चरणबद्ध उपस्थिति दिखाता है (5V), संभवतः बाल प्रांतस्था में मामूली दोषों की उपस्थिति के कारण। फ्रैक्चर सतह पर कुछ छोटे छेद भी देखे जा सकते हैं, जहां क्षति से पहले मजबूत करने वाले तंतु संभवतः स्थित थे (5S).

जिराफ़ के बाल भी काफी मोटे (370 माइक्रोन) होते हैं, हालाँकि क्यूटिकल प्लेटों की व्यवस्था इतनी स्पष्ट नहीं है (5D). ऐसा माना जाता है कि यह विभिन्न पर्यावरणीय कारकों (उदाहरण के लिए, भोजन के दौरान पेड़ों के खिलाफ घर्षण) से उनकी क्षति के कारण है। मतभेदों के बावजूद, जिराफ़ के बालों का टूटना हाथी के समान था (5F).

छवि संख्या 6: कैपिबारा बाल आकारिकी (А - प्लेटों की दोहरी क्यूटिकुलर संरचना; В - दोहरी संरचना का टूटना; С - टूटन सीमा के पास के तंतु भंगुर और कठोर दिखाई देते हैं; D - दोहरी संरचना के टूटने के क्षेत्र से लम्बे तंतु)।

कैपिबारा और पेकेरीज़ के बाल अध्ययन किए गए अन्य सभी बालों से भिन्न होते हैं। कैपीबारा में, मुख्य अंतर एक दोहरे छल्ली विन्यास और एक अंडाकार बाल आकार की उपस्थिति है (6А). बालों के दो दर्पण वाले हिस्सों के बीच की नाली जानवर के बालों से पानी को तेजी से निकालने के लिए आवश्यक है, साथ ही बेहतर वेंटिलेशन के लिए भी, जो इसे तेजी से सूखने की अनुमति देता है। खिंचाव के संपर्क में आने पर, बाल खांचे के साथ दो भागों में विभाजित हो जाते हैं, और प्रत्येक भाग नष्ट हो जाता है (6V). कॉर्टेक्स के कई तंतु अलग हो जाते हैं और खिंच जाते हैं (6S и 6D).

छवि #7: पेकेरी बाल आकारिकी (А - छल्ली की संरचना और टूटने की जगह; В - कॉर्टेक्स विनाश की आकृति विज्ञान और इसकी संरचना का विवरण; С — बंद कोशिकाएँ (व्यास में 20 माइक्रोन), जिनकी दीवारें रेशों से बनी होती हैं; D - छत की भीतरी दीवार)।

पेकेरीज़ (परिवार) तयसुइडे, अर्थात। पेकेरी) बालों में एक छिद्रपूर्ण कॉर्टेक्स होता है, और क्यूटिकल परत में अलग-अलग प्लेटें नहीं होती हैं (7А). हेयर कॉर्टेक्स में 10-30 माइक्रोन मापने वाली बंद कोशिकाएं होती हैं (7V), जिसकी दीवारें केराटिन फाइबर से बनी होती हैं (7S). ये दीवारें काफी छिद्रपूर्ण होती हैं, और एक छिद्र का आकार लगभग 0.5-3 माइक्रोन होता है (7D).

जैसा कि आप तस्वीर में देख सकते हैं 7А, रेशेदार कॉर्टेक्स के समर्थन के बिना, छल्ली ब्रेक लाइन के साथ टूट जाती है, और कुछ स्थानों पर तंतु बाहर निकल जाते हैं। बालों की यह संरचना बालों को अधिक ऊर्ध्वाधर बनाने, जानवर के आकार को दृष्टिगत रूप से बढ़ाने के लिए आवश्यक है, जो पेकेरी के लिए एक रक्षा तंत्र हो सकता है। पेकेरी बाल संपीड़न का अच्छी तरह से प्रतिरोध करते हैं, लेकिन खिंचाव का सामना नहीं करते हैं।

विभिन्न जानवरों के बालों की संरचनात्मक विशेषताओं के साथ-साथ तनाव के कारण उनके नुकसान के प्रकारों को समझने के बाद, वैज्ञानिकों ने यांत्रिक गुणों का वर्णन करना शुरू किया।

छवि संख्या 8: प्रत्येक बाल प्रकार के लिए विरूपण आरेख और डेटा प्राप्त करने के लिए प्रयोगात्मक सेटअप का आरेख (तनाव दर 10-2 एस-1)।

जैसा कि ऊपर दिए गए ग्राफ़ से देखा जा सकता है, विभिन्न जानवरों की प्रजातियों के बालों में खिंचाव की प्रतिक्रिया काफी अलग थी। इस प्रकार, एक व्यक्ति, एक घोड़े, एक सूअर और एक भालू के बालों ने ऊन की प्रतिक्रिया के समान प्रतिक्रिया दिखाई (किसी और के नहीं, बल्कि एक कपड़ा सामग्री)।

3.5-5 जीपीए के अपेक्षाकृत उच्च लोचदार मापांक पर, वक्र में एक रैखिक (लोचदार) क्षेत्र होता है, जिसके बाद एक पठार होता है जिसमें धीरे-धीरे 0.20-0.25 के तनाव तक तनाव बढ़ता है, जिसके बाद सख्त होने की दर काफी बढ़ जाती है। 0.40 की विफलता तनाव। पठारी क्षेत्र का तात्पर्य विश्राम से है а-केराटिन इंटरमीडिएट फिलामेंट्स की पेचदार संरचना, जो कुछ मामलों में (आंशिक रूप से) रूपांतरित हो सकती है b-चादरें (सपाट संरचनाएं)। पूर्ण अनइंडिंग से 1.31 की विकृति होती है, जो इस चरण के अंत (0.20–0.25) की तुलना में काफी अधिक है।

संरचना का क्रिस्टलीय धागे जैसा हिस्सा एक अनाकार मैट्रिक्स से घिरा हुआ है जो परिवर्तित नहीं होता है। अनाकार भाग कुल आयतन का लगभग 55% बनाता है, लेकिन केवल तभी जब मध्यवर्ती तंतु का व्यास 7 एनएम है और वे 2 एनएम अनाकार सामग्री से अलग होते हैं। ऐसे सटीक संकेतक पिछले अध्ययनों में निकाले गए हैं।

विरूपण के सख्त चरण के दौरान, कॉर्टिकल फाइबर के साथ-साथ माइक्रोफाइब्रिल्स, इंटरमीडिएट फिलामेंट्स और अनाकार मैट्रिक्स जैसे छोटे संरचनात्मक तत्वों के बीच स्लाइडिंग होती है।

जिराफ़, हाथी और पेकेरी बाल अपेक्षाकृत रैखिक सख्त प्रतिक्रिया प्रदर्शित करते हैं, जिसमें पठारों और तेजी से सख्त होने वाले क्षेत्रों (चोटियों) के बीच कोई स्पष्ट अंतर नहीं होता है। लोचदार मापांक अपेक्षाकृत कम है और लगभग 2 GPa है।

अन्य प्रजातियों के विपरीत, कैपिबारा बाल क्रमिक तनाव लागू होने पर तेजी से सख्त होने की प्रतिक्रिया प्रदर्शित करते हैं। यह अवलोकन कैपिबारा के बालों की असामान्य संरचना से जुड़ा है, या अधिक सटीक रूप से दो सममित भागों और उनके बीच एक अनुदैर्ध्य खांचे की उपस्थिति से जुड़ा है।

पिछले अध्ययन पहले ही आयोजित किए जा चुके हैं जो संकेत देते हैं कि विभिन्न पशु प्रजातियों में बालों के बढ़ते व्यास के साथ यंग मापांक (अनुदैर्ध्य लोचदार मापांक) कम हो जाता है। इन कार्यों में पाया गया कि पेकेरी का यंग मापांक अन्य जानवरों की तुलना में काफी कम है, जो इसकी बाल संरचना की सरंध्रता के कारण हो सकता है।

यह भी दिलचस्प है कि पेकेरीज़ के बालों पर काले और सफेद दोनों क्षेत्र (दो-रंग) होते हैं। तनन टूटना सबसे अधिक बार बालों के सफेद क्षेत्र में होता है। काले क्षेत्र का बढ़ा हुआ प्रतिरोध मेलेनोसोम की उपस्थिति के कारण होता है, जो विशेष रूप से काले बालों में पाए जाते हैं।

ये सभी अवलोकन वास्तव में अद्वितीय हैं, लेकिन मुख्य प्रश्न यह है: क्या बालों के आयाम उनकी मजबूती में कोई भूमिका निभाते हैं?

यदि हम स्तनधारियों में बालों का वर्णन करते हैं, तो हम उन मुख्य तथ्यों पर प्रकाश डाल सकते हैं जो शोधकर्ताओं को ज्ञात हैं:

• अधिकांश प्रकार के बालों में यह मध्य भाग में मोटा होता है और अंत की ओर पतला होता है; जंगली जानवरों का फर उनके निवास स्थान के कारण मोटा होता है;
• एक प्रजाति के बालों के व्यास में भिन्नता से संकेत मिलता है कि अधिकांश बालों की मोटाई किसी दी गई पशु प्रजाति के लिए सामान्य मोटाई सीमा के भीतर भिन्न होती है। एक ही प्रजाति के विभिन्न प्रतिनिधियों के बीच बालों की मोटाई भिन्न हो सकती है, लेकिन इस अंतर को क्या प्रभावित करता है यह अभी भी अज्ञात है;
• स्तनधारियों की विभिन्न प्रजातियों के बालों की मोटाई अलग-अलग होती है (यह सुनने में जितना घिसा-पिटा लग सकता है)।

इन सार्वजनिक रूप से उपलब्ध तथ्यों और प्रयोगों के दौरान प्राप्त आंकड़ों को संक्षेप में प्रस्तुत करके, वैज्ञानिक बालों की मोटाई और इसकी मजबूती के बीच संबंध बनाने के लिए सभी परिणामों की तुलना करने में सक्षम थे।

छवि संख्या 9: विभिन्न पशु प्रजातियों में बालों की मोटाई और उनकी मजबूती के बीच संबंध।

बालों के व्यास और विस्तारशीलता में अंतर के कारण, वैज्ञानिकों ने यह देखने का निर्णय लिया कि क्या वेइबुल आंकड़ों के आधार पर उनके तन्य तनाव की भविष्यवाणी की जा सकती है, जो विशेष रूप से नमूना आकार और परिणामी दोष आकार में अंतर के लिए जिम्मेदार हो सकता है।

यह माना जाता है कि वॉल्यूम वाला एक बाल खंड V के होते हैं n आयतन के तत्व, और प्रत्येक इकाई आयतन V0 दोषों का वितरण समान है। किसी दिए गए वोल्टेज स्तर पर सबसे कमजोर लिंक धारणा का उपयोग करना σ संभावना P वॉल्यूम के साथ दिए गए बाल खंड की अखंडता को बनाए रखना V प्रत्येक वॉल्यूम तत्व की अखंडता को बनाए रखने की अतिरिक्त संभावनाओं के उत्पाद के रूप में व्यक्त किया जा सकता है, अर्थात्:

P(V) = P(V0) · P(V0)… · P(V0) = · P(V0)n

वॉल्यूम कहां है V इसमें n आयतन तत्व शामिल हैं V0. जैसे-जैसे वोल्टेज बढ़ता है P(V) स्वाभाविक रूप से घट जाती है।

दो-पैरामीटर वेइबुल वितरण का उपयोग करके, संपूर्ण वॉल्यूम की विफलता की संभावना को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

1 - पी = 1 - ऍक्स्प [ -V/V0 · (σ/0)एम]

जहां σ - एप्लाइड वोल्टेज, σ0 विशेषता (संदर्भ) शक्ति है, और m - वेइबुल मापांक, जो संपत्ति परिवर्तनशीलता का एक माप है। यह ध्यान देने योग्य है कि नमूना आकार बढ़ने के साथ विनाश की संभावना बढ़ जाती है V निरंतर वोल्टेज पर σ.

चार्ट पर 9А मानव और कैपिबारा बालों के लिए प्रयोगात्मक विफलता तनाव का वेइबुल वितरण दिखाया गया है। अन्य प्रजातियों के लिए वक्रों की भविष्यवाणी मानव बाल के लिए m के समान मान के साथ सूत्र #2 का उपयोग करके की गई थी (m = 0.11).

उपयोग किए गए औसत व्यास थे: सूअर - 235 µm, घोड़ा - 200 µm, पेकेरी - 300 µm, भालू - 70 µm, हाथी के बाल - 345 µm और जिराफ़ - 370 µm।

इस तथ्य के आधार पर कि ब्रेकिंग स्ट्रेस का निर्धारण किया जा सकता है P(V) = 0.5, इन परिणामों से संकेत मिलता है कि विभिन्न प्रजातियों में बालों का व्यास बढ़ने के साथ विफलता तनाव कम हो जाता है।

चार्ट पर 9V विफलता की 50% संभावना पर अनुमानित टूटन तनाव दिखाता है (P(V) = 0.5) और विभिन्न प्रजातियों के लिए औसत प्रयोगात्मक ब्रेकिंग तनाव।

यह स्पष्ट हो जाता है कि जैसे-जैसे बालों का व्यास 100 से 350 मिमी तक बढ़ता है, इसका टूटना तनाव 200-250 एमपीए से घटकर 125-150 एमपीए हो जाता है। वेइबुल वितरण सिमुलेशन परिणाम वास्तविक अवलोकन परिणामों के साथ उत्कृष्ट समझौते में हैं। एकमात्र अपवाद पेकेरी बाल हैं क्योंकि यह अत्यधिक छिद्रपूर्ण होते हैं। पेकेरी बालों की वास्तविक ताकत वेइबुल वितरण मॉडलिंग द्वारा दर्शाई गई ताकत से कम है।

अध्ययन की बारीकियों के साथ अधिक विस्तृत परिचित के लिए, मैं देखने की सलाह देता हूं वैज्ञानिकों की रिपोर्ट и अतिरिक्त सामग्री उसे।

उपसंहार

उपरोक्त अवलोकनों का मुख्य निष्कर्ष यह है कि घने बाल मजबूत बालों के बराबर नहीं होते हैं। सच है, जैसा कि वैज्ञानिक स्वयं कहते हैं, यह कथन सहस्राब्दी की खोज नहीं है, क्योंकि धातु के तार का अध्ययन करते समय इसी तरह के अवलोकन किए गए थे। यहाँ मुद्दा भौतिकी, यांत्रिकी या जीव विज्ञान का भी नहीं है, बल्कि सांख्यिकी का है - वस्तु जितनी बड़ी होगी, दोषों की गुंजाइश उतनी ही अधिक होगी।

वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि आज हमने जिस कार्य की समीक्षा की, उससे उनके सहयोगियों को नई सिंथेटिक सामग्री बनाने में मदद मिलेगी। मुख्य समस्या यह है कि आधुनिक प्रौद्योगिकियों के विकास के बावजूद, वे अभी तक मानव या हाथी के बाल जैसा कुछ बनाने में सक्षम नहीं हैं। आख़िरकार, इतनी छोटी चीज़ बनाना पहले से ही एक चुनौती है, इसकी जटिल संरचना का तो जिक्र ही नहीं।

जैसा कि हम देख सकते हैं, इस अध्ययन से पता चला है कि न केवल मकड़ी रेशम भविष्य की अल्ट्रा-मजबूत और अल्ट्रा-लाइट सामग्री के लिए प्रेरणा के रूप में वैज्ञानिकों का ध्यान आकर्षित करने योग्य है, बल्कि मानव बाल भी अपने यांत्रिक गुणों और अद्भुत ताकत से आश्चर्यचकित कर सकते हैं।

पढ़ने के लिए धन्यवाद, जिज्ञासु बने रहें और आपका सप्ताह मंगलमय हो दोस्तों। 🙂

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स्रोत: www.habr.com