Ang buhok para sa isang modernong tao ay hindi hihigit sa isang elemento ng visual na pagkilala sa sarili, bahagi ng imahe at imahe. Sa kabila nito, ang mga sungay na pormasyon ng balat na ito ay may ilang mahahalagang biological function: proteksyon, thermoregulation, touch, atbp. Gaano katibay ang ating buhok? Tulad ng nangyari, maraming beses silang mas malakas kaysa sa buhok ng elepante o giraffe.
Ngayon ay makikilala natin ang isang pag-aaral kung saan nagpasya ang mga siyentipiko mula sa Unibersidad ng California (USA) na subukan kung paano nauugnay ang kapal ng buhok at ang lakas nito sa iba't ibang uri ng hayop, kabilang ang mga tao. Kaninong buhok ang pinakamalakas, anong mga mekanikal na katangian mayroon ang iba't ibang uri ng buhok, at paano makakatulong ang pananaliksik na ito sa pagbuo ng mga bagong uri ng materyales? Nalaman natin ang tungkol dito mula sa ulat ng mga siyentipiko. Pumunta ka.
Batayan sa pananaliksik
Ang buhok, na higit sa lahat ay binubuo ng protina na keratin, ay ang malibog na pormasyon ng balat ng mammalian. Sa katunayan, ang buhok, lana at balahibo ay magkasingkahulugan. Ang istraktura ng buhok ay binubuo ng mga keratin plate na magkakapatong sa isa't isa, tulad ng mga domino na nahuhulog sa ibabaw ng bawat isa. Ang bawat buhok ay may tatlong layer: ang cuticle ay ang panlabas at proteksiyon na layer; cortex - ang cortex, na binubuo ng mga pinahabang patay na selula (mahalaga para sa lakas at pagkalastiko ng buhok, tinutukoy ang kulay nito dahil sa melanin) at ang medulla - ang gitnang layer ng buhok, na binubuo ng malambot na mga selula ng keratin at mga air cavity, na kung saan ay kasangkot sa paglipat ng mga sustansya sa iba pang mga layer.
Kung ang buhok ay nahahati nang patayo, nakakakuha kami ng isang subcutaneous section (shaft) at isang subcutaneous section (bulb o root). Ang bombilya ay napapalibutan ng isang follicle, ang hugis nito ay tumutukoy sa hugis ng buhok mismo: ang isang bilog na follicle ay tuwid, ang isang hugis-itlog na follicle ay bahagyang kulot, ang isang hugis ng bato na follicle ay kulot.
Iminumungkahi ng maraming siyentipiko na nagbabago ang ebolusyon ng tao dahil sa pag-unlad ng teknolohiya. Iyon ay, ang ilang mga organo at istruktura sa ating katawan ay unti-unting nagiging pasimula - ang mga nawalan ng nilalayon na layunin. Kasama sa mga bahagi ng katawan na ito ang wisdom teeth, appendix at buhok sa katawan. Sa madaling salita, naniniwala ang mga siyentipiko na sa paglipas ng panahon, ang mga istrukturang ito ay mawawala na sa ating anatomy. Kung ito ay totoo o hindi ay mahirap sabihin, ngunit para sa maraming ordinaryong tao, ang wisdom teeth, halimbawa, ay nauugnay sa pagbisita sa dentista para sa kanilang hindi maiiwasang pagtanggal.
Magkagayunman, ang isang tao ay nangangailangan ng buhok; maaaring hindi na ito gumaganap ng isang mahalagang papel sa thermoregulation, ngunit ito ay isang mahalagang bahagi pa rin ng aesthetics. Gayundin ang masasabi tungkol sa kultura ng mundo. Sa maraming mga bansa, mula pa noong una, ang buhok ay itinuturing na pinagmumulan ng lahat ng lakas, at ang pagputol nito ay nauugnay sa mga posibleng problema sa kalusugan at kahit na mga pagkabigo sa buhay. Ang sagradong kahulugan ng buhok ay lumipat mula sa mga shamanic na ritwal ng mga sinaunang tribo patungo sa mas modernong mga relihiyon, ang mga gawa ng mga manunulat, pintor at iskultor. Sa partikular, ang babaeng kagandahan ay madalas na malapit na nauugnay sa paraan ng hitsura o pagpapakita ng buhok ng mga magagandang babae (halimbawa, sa mga kuwadro na gawa).
Pansinin kung gaano kadetalye ang buhok ni Venus ay inilalarawan (Sandro Botticelli, “Birth of Venus”, 1485).
Iwanan natin ang kultural at aesthetic na aspeto ng buhok at magsimulang isaalang-alang ang pananaliksik ng mga siyentipiko.
Ang buhok, sa isang anyo o iba pa, ay naroroon sa maraming uri ng mga mammal. Kung para sa mga tao ay hindi na sila napakahalaga mula sa isang biological na pananaw, kung gayon para sa iba pang mga kinatawan ng mundo ng hayop na lana at balahibo ay mahahalagang katangian. Kasabay nito, sa mga tuntunin ng kanilang pangunahing istraktura, ang buhok ng tao at, halimbawa, ang buhok ng elepante ay halos magkapareho, kahit na may mga pagkakaiba. Ang pinaka-halata sa kanila ay ang mga sukat, dahil ang buhok ng elepante ay mas makapal kaysa sa atin, ngunit, tulad ng nangyari, hindi mas malakas.
Matagal nang pinag-aaralan ng mga siyentipiko ang buhok at lana. Ang mga resulta ng mga gawang ito ay ipinatupad kapwa sa cosmetology at gamot, at sa magaan na industriya (o, gaya ng sasabihin ng kilalang Kalugina L.P.: "light industry"), o mas tiyak sa mga tela. Bilang karagdagan, ang pag-aaral ng buhok ay lubos na nakatulong sa pagbuo ng mga biomaterial batay sa keratin, na sa simula ng huling siglo natutunan nilang ihiwalay mula sa mga sungay ng hayop gamit ang dayap.
Ang keratin na nakuha ay ginamit upang lumikha ng mga gel na maaaring palakasin sa pamamagitan ng pagdaragdag ng formaldehyde. Nang maglaon, natutunan nilang ihiwalay ang keratin hindi lamang sa mga sungay ng hayop, kundi pati na rin sa kanilang balahibo, pati na rin sa buhok ng tao. Ang mga sangkap na nakabatay sa keratin ay natagpuan ang kanilang paggamit sa mga pampaganda, composite at maging sa mga coatings ng tablet.
Sa ngayon, mabilis na umuunlad ang industriya ng pag-aaral at paggawa ng matibay at magaan na materyales. Ang buhok, na natural, ay isa sa mga likas na materyales na nagbibigay inspirasyon sa ganitong uri ng pananaliksik. Isaalang-alang ang makunat na lakas ng lana at buhok ng tao, na umaabot sa 200 hanggang 260 MPa, na katumbas ng isang tiyak na lakas ng 150-200 MPa/mg m-3. At ito ay halos maihahambing sa bakal (250 MPa / mg m-3).
Ang pangunahing papel sa pagbuo ng mga mekanikal na katangian ng buhok ay nilalaro ng hierarchical na istraktura nito, na nakapagpapaalaala sa isang matryoshka na manika. Ang pinakamahalagang elemento ng istrukturang ito ay ang panloob na cortex ng mga cortical cells (diameter na mga 5 μm at haba 100 μm), na binubuo ng mga pinagsama-samang macrofibrils (diameter na 0.2-0.4 μm), na, naman, ay binubuo ng mga intermediate filament (7.5 nm). sa diameter ), naka-embed sa isang amorphous matrix.
Ang mga mekanikal na katangian ng buhok, ang pagiging sensitibo nito sa temperatura, kahalumigmigan at pagpapapangit ay isang direktang resulta ng pakikipag-ugnayan ng mga amorphous at crystalline na bahagi ng cortex. Ang mga hibla ng keratin ng cortex ng buhok ng tao ay karaniwang may mataas na pagpahaba, na may tensile strain na higit sa 40%.
Ang ganitong mataas na halaga ay dahil sa pag-unwinding ng istraktura а-keratin at, sa ilang mga kaso, ang pagbabago nito sa b-keratin, na humahantong sa pagtaas ng haba (isang buong pagliko ng isang 0.52 nm helix ay nakaunat sa 1.2 nm sa pagsasaayos b). Ito ay isa sa mga pangunahing dahilan kung bakit maraming pag-aaral ang partikular na nakatuon sa keratin upang muling likhain ito sa isang sintetikong anyo. Ngunit ang panlabas na layer ng buhok (cuticle), tulad ng alam na natin, ay binubuo ng mga plato (0.3-0.5 microns ang kapal at 40-60 microns ang haba).
Noong nakaraan, ang mga siyentipiko ay nagsagawa na ng pananaliksik sa mga mekanikal na katangian ng buhok ng mga tao mula sa iba't ibang edad at pangkat etniko. Sa gawaing ito, binigyang-diin ang pag-aaral ng mga pagkakaiba sa mekanikal na katangian ng buhok ng iba't ibang uri ng hayop, katulad ng: mga tao, kabayo, oso, baboy-ramo, capybara, peccaries, giraffe at elepante.
Mga resulta ng pananaliksik
Larawan #1: Morpolohiya ng buhok ng tao (А - cuticle; В - bali ng cortex; ipinapakita ang mga dulo ng mga hibla, С - ang ibabaw ng fault, kung saan makikita ang tatlong layer; D - lateral surface ng cortex, na nagpapakita ng fiber elongation).
Ang isang may sapat na gulang na buhok ng tao ay halos 80-100 microns ang lapad. Sa normal na pangangalaga sa buhok, ang kanilang hitsura ay medyo holistic (1A). Ang panloob na bahagi ng buhok ng tao ay ang fibrous cortex. Pagkatapos ng tensile testing, napag-alaman na iba ang pagkasira ng cuticle at cortex ng buhok ng tao: ang cuticle ay kadalasang nabasag ng abrasively (crumple), at ang mga keratin fibers sa cortex ay binalatan at hinugot mula sa kabuuang istraktura (1V).
Sa larawan 1S ang marupok na ibabaw ng cuticle ay malinaw na nakikita sa visualization ng mga layer, na kung saan ay magkakapatong na cuticle plates at may kapal na 350–400 nm. Ang naobserbahang delamination sa ibabaw ng bali, pati na rin ang malutong na katangian ng ibabaw na ito, ay nagpapahiwatig ng mahinang interfacial na komunikasyon sa pagitan ng cuticle at cortex, at sa pagitan ng mga hibla sa loob ng cortex.
Ang mga hibla ng keratin sa cortex ay na-exfoliated (1D). Ito ay nagpapahiwatig na ang fibrous cortex ay pangunahing responsable para sa mekanikal na lakas ng buhok.
Larawan Blg. 2: Morpolohiya ng buhok ng kabayo (А - cuticle, ang ilang mga plato ay bahagyang nalihis dahil sa kakulangan ng pangangalaga; В - hitsura ng pagkalagot; С - mga detalye ng pagkalagot ng cortex, kung saan nakikita ang napunit na cuticle; D - mga detalye ng cuticle).
Ang istraktura ng buhok ng kabayo ay katulad ng buhok ng tao, maliban sa diameter, na 50% na mas malaki (150 microns). Sa larawan 2A Maaari mong makita ang halatang pinsala sa cuticle, kung saan marami sa mga plato ay hindi malapit na konektado sa baras tulad ng sa buhok ng tao. Ang site ng isang horsehair break ay naglalaman ng parehong normal na break at isang hair break (delamination ng cuticle plates). Naka-on 2V Ang parehong uri ng pinsala ay nakikita. Sa mga lugar kung saan ang lamellae ay ganap na napunit, ang interface sa pagitan ng cuticle at cortex ay makikita (2S). Maraming mga hibla ang napunit at nagdelaminate sa interface. Ang paghahambing ng mga obserbasyon na ito sa mga nakaraang obserbasyon (buhok ng tao), ang mga naturang pagkabigo ay nagpapahiwatig na ang buhok ng kabayo ay hindi nakaranas ng labis na stress gaya ng buhok ng tao kapag ang mga hibla sa cortex ay nabunot at ganap na nahiwalay sa cuticle. Makikita rin na ang ilang mga plato ay nahiwalay sa pamalo, na maaaring dahil sa tensile stress (2D).
Larawan #3: Morpolohiya ng buhok ng oso (А - cuticle; В - pinsala sa dalawang punto na nauugnay sa lugar ng pagkalagot; С - pag-crack ng cuticle na may delamination ng mga hibla sa cortex; D - ang mga detalye ng istraktura ng hibla, maraming mga pinahabang mga hibla mula sa pangkalahatang istraktura ay nakikita).
Ang kapal ng buhok ng oso ay 80 microns. Ang mga plato ng cuticle ay napakahigpit na nakakabit sa isa't isa (3A), at sa ilang mga lugar kahit na mahirap makilala ang mga indibidwal na plato. Ito ay maaaring dahil sa alitan ng buhok laban sa mga kalapit. Sa ilalim ng tensile stress, literal na nahati ang mga buhok na ito na may hitsura ng mahabang bitak (inset on 3B), na nagpapahiwatig na sa mahinang epekto ng pagbubuklod ng nasirang cuticle, ang mga hibla ng keratin sa cortex ay madaling na-delaminate. Ang delamination ng cortex ay nagdudulot ng break sa cuticle, bilang ebidensya ng zigzag pattern ng break (3S). Ang pag-igting na ito ay nagiging sanhi ng ilang mga hibla upang mabunot palabas sa cortex (3D).
Larawan No. 4: morpolohiya ng buhok ng baboy-ramo (А - ordinaryong flat hairline fracture; В - ang istraktura ng cuticle ay nagpapakita ng isang mahinang estado ng integridad (pagpapangkat) ng mga plato; С — mga detalye ng puwang sa interface sa pagitan ng cuticle at cortex; D - mga hibla na pinahaba mula sa kabuuang masa at nakausli na mga fibril).
Ang buhok ng baboy ay medyo makapal (230 mm), lalo na kung ihahambing sa buhok ng oso. Ang pagpunit ng buhok ng baboy kapag nasira ay mukhang malinaw (4A) patayo sa direksyon ng tensile stress.
Ang medyo maliit na nakalantad na cuticle plate ay napunit mula sa pangunahing katawan ng buhok dahil sa pag-uunat ng kanilang mga gilid (4V).
Sa ibabaw ng zone ng pagkawasak, ang delamination ng mga hibla ay malinaw na nakikita; malinaw din na sila ay mahigpit na konektado sa bawat isa sa loob ng cortex (4S). Ang mga hibla lamang sa interface sa pagitan ng cortex at cuticle ang nalantad dahil sa paghihiwalay (4D), na nagsiwalat ng pagkakaroon ng makapal na cortical fibrils (250 nm ang lapad). Ang ilan sa mga fibrils ay bahagyang nakausli dahil sa pagpapapangit. Sila ay dapat na magsilbi bilang isang ahente ng pagpapalakas para sa buhok ng baboy-ramo.
Larawan #5: Morpolohiya ng buhok ng elepante (А - С) at giraffe (D - F). А - cuticle; В - stepwise hair break; С - Ang mga voids sa loob ng buhok ay nagpapahiwatig kung saan napunit ang mga hibla. D - mga plato ng cuticular; Е - kahit na masira ang buhok; F - mga hibla na napunit mula sa ibabaw sa lugar ng bali.
Ang buhok ng isang sanggol na elepante ay maaaring humigit-kumulang 330 microns ang kapal, at sa isang may sapat na gulang, maaari itong umabot sa 1.5 mm. Ang mga plato sa ibabaw ay mahirap makilala (5A).Ang buhok ng elepante ay madaling kapitan ng normal na pagkasira, i.e. hanggang purong tensile fracture. Bukod dito, ang morpolohiya ng ibabaw ng bali ay nagpapakita ng isang stepped na hitsura (5V), posibleng dahil sa pagkakaroon ng maliliit na depekto sa cortex ng buhok. Ang ilang maliliit na butas ay makikita rin sa ibabaw ng bali, kung saan malamang na matatagpuan ang reinforcing fibrils bago masira (5S).
Ang buhok ng giraffe ay medyo makapal din (370 microns), kahit na ang pagkakaayos ng mga cuticle plate ay hindi masyadong malinaw (5D). Ito ay pinaniniwalaan na ito ay dahil sa kanilang pinsala sa pamamagitan ng iba't ibang mga kadahilanan sa kapaligiran (halimbawa, alitan laban sa mga puno sa panahon ng pagpapakain). Sa kabila ng mga pagkakaiba, ang pagkasira ng buhok ng giraffe ay katulad ng sa elepante (5F).
Larawan No. 6: capybara hair morphology (А - double cuticular na istraktura ng mga plato; В - pagkalagot ng dobleng istraktura; С — ang mga hibla malapit sa hangganan ng rupture ay lumalabas na malutong at matigas; D - pinahabang mga hibla mula sa zone ng pagkalagot ng dobleng istraktura).
Ang buhok ng capybaras at peccaries ay iba sa lahat ng iba pang buhok na pinag-aralan. Sa capybara, ang pangunahing pagkakaiba ay ang pagkakaroon ng isang dobleng pagsasaayos ng cuticle at isang hugis-itlog na hugis ng buhok (6A). Ang uka sa pagitan ng dalawang nakasalaming bahagi ng buhok ay kinakailangan upang mas mabilis na maalis ang tubig sa balahibo ng hayop, gayundin para sa mas mahusay na bentilasyon, na nagbibigay-daan sa mas mabilis itong matuyo. Kapag nakalantad sa pag-uunat, ang buhok ay nahahati sa dalawang bahagi sa kahabaan ng uka, at ang bawat bahagi ay nawasak (6V). Maraming mga hibla ng cortex ang naghihiwalay at nakaunat (6S и 6D).
Larawan #7: Peccary hair morphology (А - istraktura ng cuticle at lugar ng pagkalagot; В - morpolohiya ng pagkasira ng cortex at mga detalye ng istraktura nito; С — saradong mga selula (20 microns ang lapad), ang mga dingding nito ay binubuo ng mga hibla; D - mga pader ng cell).
Ang mga peccaries (pamilya Tayassuidae, ibig sabihin. peccary) ang buhok ay may porous cortex, at ang cuticle layer ay walang natatanging plates (7A). Ang hair cortex ay naglalaman ng mga closed cell na may sukat na 10-30 microns (7V), ang mga dingding nito ay binubuo ng mga hibla ng keratin (7S). Ang mga dingding na ito ay medyo buhaghag, at ang laki ng isang butas ay humigit-kumulang 0.5-3 microns (7D).
Tulad ng makikita mo sa larawan 7A, nang walang suporta ng fibrous cortex, ang cuticle ay nabibitak sa kahabaan ng break line, at ang mga hibla ay hinugot sa ilang mga lugar. Ang istraktura ng buhok na ito ay kinakailangan upang gawing mas patayo ang buhok, biswal na pagtaas ng laki ng hayop, na maaaring isang mekanismo ng pagtatanggol para sa peccary. Ang buhok ng Peccary ay lumalaban sa compression nang maayos, ngunit hindi nakayanan ang pag-uunat.
Ang pagkakaroon ng pag-unawa sa mga tampok na istruktura ng buhok ng iba't ibang mga hayop, pati na rin ang kanilang mga uri ng pinsala dahil sa pag-igting, sinimulan ng mga siyentipiko na ilarawan ang mga mekanikal na katangian.
Image No. 8: deformation diagram para sa bawat uri ng buhok at diagram ng experimental setup para sa pagkuha ng data (strain rate 10-2 s-1).
Tulad ng makikita mula sa graph sa itaas, ang tugon sa pag-unat sa buhok ng iba't ibang uri ng hayop ay medyo naiiba. Kaya, ang buhok ng isang tao, isang kabayo, isang bulugan at isang oso ay nagpakita ng isang reaksyon na katulad ng reaksyon ng lana (hindi ng ibang tao, ngunit isang materyal na tela).
Sa medyo mataas na elastic modulus na 3.5–5 GPa, ang mga curve ay binubuo ng isang linear (elastic) na rehiyon, na sinusundan ng isang talampas na may dahan-dahang pagtaas ng stress hanggang sa isang strain na 0.20-0.25, pagkatapos nito ang rate ng hardening ay tumataas nang malaki hanggang sa isang failure strain ng 0.40. Ang lugar ng talampas ay tumutukoy sa pag-unwinding а-helical na istraktura ng keratin intermediate filament, na sa ilang mga kaso ay maaaring (bahagyang) magbago sa b-mga sheet (mga flat na istruktura). Ang kumpletong pag-unwinding ay humahantong sa isang pagpapapangit na 1.31, na mas mataas kaysa sa dulo ng yugtong ito (0.20–0.25).
Ang mala-kristal na thread na bahagi ng istraktura ay napapalibutan ng isang amorphous matrix na hindi nagbabago. Ang amorphous na bahagi ay bumubuo ng humigit-kumulang 55% ng kabuuang volume, ngunit kung ang diameter ng intermediate filament ay 7 nm at ang mga ito ay pinaghihiwalay ng 2 nm ng amorphous na materyal. Ang ganitong mga tumpak na tagapagpahiwatig ay nakuha sa mga nakaraang pag-aaral.
Sa panahon ng hardening stage ng deformation, ang sliding ay nangyayari sa pagitan ng cortical fibers gayundin sa pagitan ng mas maliliit na structural elements tulad ng microfibrils, intermediate filament, at ang amorphous matrix.
Ang mga buhok ng dyirap, elepante at peccary ay nagpapakita ng medyo linear na pagtigas na tugon na walang malinaw na pagkakaiba sa pagitan ng mga talampas at mga rehiyon ng mabilis na pagtigas (mga taluktok). Ang elastic modulus ay medyo mababa at humigit-kumulang 2 GPa.
Hindi tulad ng iba pang mga species, ang buhok ng capybara ay nagpapakita ng isang tugon na nailalarawan sa pamamagitan ng mabilis na pagtigas kapag ang sunud-sunod na mga stress ay inilapat. Ang pagmamasid na ito ay nauugnay sa hindi pangkaraniwang istraktura ng buhok ng capybara, o mas tiyak sa pagkakaroon ng dalawang simetriko na bahagi at isang longhitudinal groove sa pagitan nila.
Ang mga nakaraang pag-aaral ay naisagawa na na nagpapahiwatig na ang modulus ni Young (paayon na elastic modulus) ay bumababa sa pagtaas ng diameter ng buhok sa iba't ibang uri ng hayop. Ang mga gawang ito ay nabanggit na ang modulus ng Young's peccary ay makabuluhang mas mababa kaysa sa iba pang mga hayop, na maaaring dahil sa porosity ng istraktura ng buhok nito.
Nakaka-curious din na ang mga peccaries ay may parehong itim at puting lugar sa kanilang buhok (two-color). Ang mga tensile break ay kadalasang nangyayari sa puting bahagi ng buhok. Ang tumaas na paglaban ng itim na lugar ay dahil sa pagkakaroon ng mga melanosome, na matatagpuan lamang sa itim na buhok.
Ang lahat ng mga obserbasyon na ito ay tunay na kakaiba, ngunit ang pangunahing tanong ay nananatili: ang mga sukat ng buhok ay may papel sa lakas nito?
Kung inilalarawan namin ang buhok sa mga mammal, maaari naming i-highlight ang mga pangunahing katotohanan na alam ng mga mananaliksik:
- sa karamihan ng mga uri ng buhok ito ay mas makapal sa gitnang bahagi at tapers patungo sa dulo; Ang balahibo ng mga ligaw na hayop ay mas makapal dahil sa kanilang tirahan;
- Ang mga pagkakaiba-iba sa diameter ng mga buhok ng isang species ay nagpapahiwatig na ang kapal ng karamihan sa mga buhok ay nag-iiba sa loob ng pangkalahatang hanay ng kapal para sa isang partikular na species ng hayop. Ang kapal ng mga buhok ay maaaring magkakaiba sa pagitan ng iba't ibang kinatawan ng parehong species, ngunit kung ano ang nakakaimpluwensya sa pagkakaiba na ito ay hindi pa rin alam;
- Ang iba't ibang mga species ng mammal ay may iba't ibang kapal ng buhok (bilang cliche na maaaring tunog).
Sa pamamagitan ng pagbubuod ng mga katotohanang ito na magagamit sa publiko at ang data na nakuha sa panahon ng mga eksperimento, naihambing ng mga siyentipiko ang lahat ng mga resulta upang bumuo ng mga relasyon sa pagitan ng kapal ng buhok at lakas nito.
Larawan No. 9: ang kaugnayan sa pagitan ng kapal ng buhok at lakas nito sa iba't ibang uri ng hayop.
Dahil sa mga pagkakaiba sa diameter at extensibility ng buhok, nagpasya ang mga siyentipiko na makita kung ang kanilang mga tensile stress ay mahulaan batay sa mga istatistika ng Weibull, na maaaring partikular na tumukoy sa mga pagkakaiba sa laki ng sample at nagresultang laki ng depekto.
Ipinapalagay na ang isang segment ng buhok na may dami V состоит из n mga elemento ng volume, at bawat unit volume V0 ay may katulad na pamamahagi ng mga depekto. Gamit ang pinakamahina na pagpapalagay ng link, sa isang naibigay na antas ng boltahe σ posibilidad P pagpapanatili ng integridad ng isang partikular na bahagi ng buhok na may dami V ay maaaring ipahayag bilang produkto ng mga karagdagang probabilidad ng pagpapanatili ng integridad ng bawat isa sa mga elemento ng volume, katulad:
P(V) = P(V0) · P(V0)… · P(V0) = · P(V0)n
nasaan ang volume V naglalaman ng n mga elemento ng dami V0. Habang tumataas ang boltahe P(V) natural na bumababa.
Gamit ang dalawang-parameter na pamamahagi ng Weibull, ang posibilidad ng pagkabigo ng buong volume ay maaaring ipahayag bilang:
1 - P = 1 - exp [ -V/V0 · (σ/σ0)m]
saan σ - inilapat na boltahe, Ang σ0 ay ang katangian (reference) na lakas, at m — Weibull modulus, na isang sukatan ng pagkakaiba-iba ng ari-arian. Kapansin-pansin na ang posibilidad ng pagkasira ay tumataas sa pagtaas ng laki ng sample V sa pare-parehong boltahe σ.
Sa tsart 9A Ang Weibull distribution ng experimental failure stresses para sa buhok ng tao at capybara ay ipinapakita. Ang mga curve para sa iba pang mga species ay hinulaang gamit ang formula #2 na may parehong halaga ng m gaya ng para sa buhok ng tao (m = 0.11).
Ang mga karaniwang diameter na ginamit ay: bulugan - 235 µm, kabayo - 200 µm, peccary - 300 µm, oso - 70 µm, buhok ng elepante - 345 µm at giraffe - 370 µm.
Batay sa katotohanan na ang breaking stress ay maaaring matukoy sa P(V) = 0.5, ang mga resultang ito ay nagpapahiwatig na ang pagkabigo ng stress ay bumababa sa pagtaas ng diameter ng buhok sa mga species.
Sa tsart 9V ay nagpapakita ng hinulaang rupture stress sa 50% na posibilidad ng pagkabigo (P(V) = 0.5) at ang average na pang-eksperimentong breaking stress para sa iba't ibang species.
Ito ay nagiging malinaw na habang ang diameter ng buhok ay tumataas mula 100 hanggang 350 mm, ang breaking stress nito ay bumababa mula 200–250 MPa hanggang 125–150 MPa. Ang mga resulta ng simulation ng pamamahagi ng Weibull ay nasa mahusay na pagsang-ayon sa aktwal na mga resulta ng pagmamasid. Ang tanging pagbubukod ay ang peccary na buhok dahil ito ay sobrang buhaghag. Ang aktwal na lakas ng peccary hair ay mas mababa kaysa sa ipinakita ng Weibull distribution modelling.
Para sa isang mas detalyadong kakilala sa mga nuances ng pag-aaral, inirerekumenda ko ang pagtingin sa и sa kanya.
Epilogo
Ang pangunahing konklusyon ng mga obserbasyon sa itaas ay ang makapal na buhok ay hindi katumbas ng malakas na buhok. Totoo, tulad ng sinasabi mismo ng mga siyentipiko, ang pahayag na ito ay hindi isang pagtuklas ng milenyo, dahil ang mga katulad na obserbasyon ay ginawa kapag nag-aaral ng metal wire. Ang punto dito ay hindi kahit sa physics, mechanics o biology, ngunit sa mga istatistika - kung mas malaki ang bagay, mas malaki ang saklaw para sa mga depekto.
Naniniwala ang mga siyentipiko na ang gawaing sinuri namin ngayon ay makakatulong sa kanilang mga kasamahan na lumikha ng mga bagong sintetikong materyales. Ang pangunahing problema ay sa kabila ng pag-unlad ng mga modernong teknolohiya, hindi pa nila kayang lumikha ng isang bagay tulad ng buhok ng tao o elepante. Pagkatapos ng lahat, ang paglikha ng isang bagay na napakaliit ay isa nang hamon, hindi banggitin ang kumplikadong istraktura nito.
Tulad ng nakikita natin, ipinakita ng pag-aaral na ito na hindi lamang spider silk ang karapat-dapat sa pansin ng mga siyentipiko bilang isang inspirasyon para sa hinaharap na ultra-strong at ultra-light na mga materyales, ngunit pati na rin ang buhok ng tao ay maaaring sorpresa sa mga mekanikal na katangian at kamangha-manghang lakas nito.
Salamat sa pagbabasa, stay curious and have a great week guys. 🙂
Ilang ad 🙂
Salamat sa pananatili sa amin. Gusto mo ba ang aming mga artikulo? Gustong makakita ng mas kawili-wiling nilalaman? Suportahan kami sa pamamagitan ng pag-order o pagrekomenda sa mga kaibigan, , isang natatanging analogue ng mga entry-level na server, na inimbento namin para sa iyo: (magagamit sa RAID1 at RAID10, hanggang 24 na core at hanggang 40GB DDR4).
Dell R730xd 2x na mas mura sa Equinix Tier IV data center sa Amsterdam? Dito lang sa Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mula $99! Basahin ang tungkol sa
Pinagmulan: www.habr.com