Анализ высокоскоростных капель дождя, поражающих биологические поверхности, такие как перья, листья растений и крылья насекомых, показывает, как эти влагоотталкивающие поверхности уменьшают воздействие воды. Так, например, микровыпуклости и наноразмерный слой воска на хрупких крыльях бабочки разбивают и распределяют капли дождя, чтобы минимизировать возможный ущерб.
Сейчас уже существует большой рынок для продуктов, которые используют примеры от природы - известные как биомимикрия - в своем дизайне: самоочищающиеся водостойкие спреи для одежды и обуви и антиобледенительные покрытия на крыльях самолета. Результаты нового исследования могут привести к появлению и других подобных продуктов в будущем.
"Это первое исследование, которое поможет понять, как высокоскоростные капли дождя воздействуют на эти естественные гидрофобные поверхности", - рассказал один из авторов исследования Санни Юнг.
Предыдущие исследования рассматривали попадание воды на насекомых и растения при слабом воздействии и отмечали очищающие свойства жидкости. Но в природе капли дождя могут падать со скоростью до 10 метров в секунду, поэтому в этом исследовании изучалось, как капли дождя, падающие на высоких скоростях, взаимодействуют с супергидрофобными природными поверхностями.
По словам Юнга, капли дождя представляют опасность, потому что их воздействие может повредить хрупкие крылья бабочки, например. По словам ученых, относительный вес капли дождя, поразившей крыло бабочки, будет аналогичен мячу для боулинга, падающему с неба на человека.
В ходе исследования ученые собрали образцы листьев, перьев и насекомых. Исследователи поместили образцы на стол и выпустили капли воды с высоты около двух метров, одновременно записывая воздействие со скоростью несколько тысяч кадров в секунду с помощью высокоскоростной камеры.
Анализируя эти данные, они обнаружили, что, когда капля попадает на поверхность , она пульсирует и распространяется. Наноразмерный слой воска отталкивает воду, в то время как более крупные микромасштабные неровности на поверхности создают отверстия в распространяющейся капле дождя.
"Считайте микроудары иглами", - сказал Юнг. Если бы кто-то уронил шарик на эти иглы, то: "Тогда этот шарик расколется на более мелкие кусочки. Так происходит то же самое, когда капля дождя падает и распространяется".
Это разрушающее действие уменьшает количество времени, в течение которого капля находится в контакте с поверхностью, что ограничивает импульс и снижает силу удара на чувствительном крыле или листе. Это также уменьшает теплопередачу от холодной капли. Это важно, потому что мышцы крыла насекомого , например, должны быть достаточно теплыми, чтобы летать. Если они дольше будут контактировать с холодной дождевой каплей, они потеряют много тепла и не смогут летать очень легко, что делает из уязвимыми. Также важно отталкивать воду как можно быстрее, потому что вода очень тяжелая, что затрудняет полет насекомых и птиц и отягощает листья растений.
"Имея эти двухуровневые структуры, [эти организмы] могут иметь супергидрофобную поверхность", - сказал Юнг.
Мнение администрации сайта и Ваше мнение, может частично или полностью не совпадать с мнениями авторов публикаций. Администрация не несет ответственности за достоверность и содержание материалов,которые добавляются пользователями в ленту новостей.
