Rekod rintangan panas semut gurun disediakan oleh rambut prisma • Elena Naimark • Berita sains mengenai "Unsur" • Entomologi, Biofisika, Bionanoteknologi, Fizik

Rambut prisma menyediakan rintangan haba rekod semut gurun

Rajah. 1. Semut pelari perak Cataglyphis bombycinus. Gambar dari antclub.org

Semut pelari perak Cataglyphis bombycinus, penghuni padang pasir panas di Afrika, sepenuhnya membenarkan nama mereka: di bawah sinar matahari, mayat-mayat mereka membakar bersinar perak. Ahli entomologi dan fizik mula memikirkan apa yang menyebabkan kemunculan pelukis perak yang luar biasa. Kajian penampilan semut membawa para penyelidik untuk idea jenis bahan penebat panas yang baru.

Semangat pelari perak (Rajah 1) adalah menakjubkan: mereka mendiami padang pasir terpanas dan paling kering di Tengah dan Afrika Utara. Mereka tetap aktif pada suhu yang sangat tinggi – sehingga 58 ° C, apabila seluruh penduduk padang pasir menyembunyikan lubang dan tetap terbiar. Mereka menduduki tempat pemulung padang pasir siang hari – mereka yang kurang tahan panas Afrika dan mati akibat terlalu panas atau dehidrasi menjadi mangsa mereka. Apa yang membantu semut ini menjadi pemecah rekod rintangan haba?

Adalah diketahui bahawa kaki panjang menyokong badan mereka sedikit lebih tinggi dari permukaan pasir panas daripada serangga lain. Ia juga diketahui bahawa pertukaran haba yang cekap disediakan oleh semangat seperti celah. Membantu untuk terus hidup dalam keadaan panas dan cara pemakanan istimewa (mendapatkan makanan) – "bergegas kecil."Setelah menjalankan jarak dekat di atas tanah, semut memanjat ke atas batu atau bilah rumput kering dan, dengan menggunakan kecerunan terma menegak tajam, menumpahkan haba berlebihan; kemudian berjalan. Dalam apa-apa jeda "penyejukan", semut membelanjakan kira-kira 70% daripada jumlah waktu makan. Tetapi ini tidak mencukupi. Pakar dari Pusat Bahan Nanomaterials di Makmal Kebangsaan Brookhaven, Washington dan Columbia Universities (USA), dan University of Zurich (Switzerland) mendapati bahawa rambut tebal yang luar biasa membantu semut untuk menampung suhu tinggi. Seluruh badan mereka tertutup di atas dan kemudiannya oleh lapisan rambut (Rajah 2).

Rajah. 2 Pelari perak tebal ditutup dengan rambut yang diletakkan di dalam cahaya. Foto dari laman berita newscientist.com

Rambut-rambut ini, seperti yang ternyata, mempunyai bentuk segitiga di bahagian silang, secara beransur-ansur menyeret ke arah hujung dan diarahkan selari dengan satu sama lain. Kedua-dua bahagian atas prisma mempunyai alur atau kerutan longitudinal, dan muka yang lebih rendah licin (Rajah 3).

Rajah. 3 A – Pelari perak, berehat dari tanah yang panas, memanjat lebih tinggi pada loji kering; B – kepala semut yang ditutup dengan rambut; C – rambut bertindih antara satu sama lain; D – Saluran sekatan segi tiga yang kelihatan dan permukaan ukiran tepi atas; E – muka atas dan bawah rambut: bahagian atas dengan patung, dan yang lebih rendah licin. Rajah. dari artikel yang dipersoalkan Sains

Warna rambut yang luar biasa ini berfungsi dalam dua cara. Pertama, ia mencerminkan cahaya dalam kelihatan dan dalam gelombang pendek gelombang mikro. Alur di pinggir meningkatkan kesan hamburan. Kedua, dalam julat inframerah pertengahan, rambut prisma meningkatkan pelepasan haba, dan ini adalah julat radiasi badan semut (6-16 μm). Fizik fenomena ini tidak sukar untuk difahami, kerana ini anda perlu menggambarkan bagaimana wajah prisma mencerminkan cahaya (elektromagnetik) sinar. Dengan cara yang terbaik rambut prismatik akan mencerminkan cahaya jatuh pada sudut 30 °, paling teruk – pada sudut 90 ° (Rajah 4). Dengan peningkatan panjang gelombang rasuk kejadian, mengikut undang-undang radiasi Kirchhoff, pantulan cahaya akan berkurangan, tetapi radiasi akan meningkat.

Rajah. 4 Refleksi dan pembiaran sinar jatuh di pinggir prisma segi tiga di sudut yang berlainan daripada kejadian rasuk. Alur-alur pada pinggir meningkatkan hamburan. Gambar dari artikel dibincangkan di Sains

Ini meneka tentang kerja rambut prisma, saintis telah mengesahkan secara eksperimen. Mereka membandingkan hamburan cahaya dan suhu semut dengan rambut dan tanpa rambut. Untuk melakukan ini, mereka terpaksa bukan sahaja menubuhkan spektrometer untuk objek mikro – kepala semut atau perut, tetapi juga untuk "mencukur" semut eksperimen (Rajah 5). Mereka belajar membuat manipulasi terakhir ini dengan bantuan jarum tungsten yang membosankan. Sebagai saintis menulis dalam bahagian metodis, cukup untuk memegang jarum melalui rambut, dan mereka mudah jatuh, berpegang pada jarum disebabkan oleh caj elektrostatik.

Rajah. 5 Di sebelah kiri: Kepala semut "dicukur" pada dua rambut yang diregangkan – penyediaannya siap untuk menguji radiasi haba dan penyebaran cahaya. Di sebelah kanan: spektrometer. Gambar dari bahan tambahan kepada artikel yang dibincangkan di Sains

Dalam eksperimen ini sesungguhnya mengesahkan bahawa penyebaran cahaya julat inframerah gelombang pendek yang kelihatan dan pendek adalah 25% lebih kuat dalam semut dengan rambut daripada yang tidak mempunyai rambut. Tetapi lebih menarik ialah hakikat bahawa ia adalah mungkin untuk menunjukkan peningkatan dalam pemindahan haba pada jarak panjang inframerah inframerah. Ia dikira menggunakan data percubaan bahawa pelepasan haba permukaan berbulu adalah kira-kira 15% lebih kuat daripada yang tidak berambut (Rajah 6).Akibatnya, masa yang perlu dibelanjakan untuk berehat "penyejukan" dikurangkan.

Rajah. 6 Penyebaran cahaya oleh permukaan badan yang ditutup dengan rambut lebih tinggi daripada permukaan tanpa rambut. Rajah. dari artikel yang dipersoalkan Sains

Pengiraan teori ini, disokong oleh eksperimen, menjelaskan dengan jelas mengapa pelari berbulu belakang dan perut terbuka. Perut tidak mencerminkan cahaya yang jatuh dari atas, tetapi ia harus paling berkesan mengeluarkan haba kepada alam sekitar di bawah keadaan pemanasan dipertingkatkan dari bawah, dari pasir panas. Bahagian bawah panas adalah sinaran inframerah gelombang pertengahan. Sinaran sedemikian akan dipantulkan oleh permukaan chitinus yang lancar, dan rambut prisma, sebaliknya, akan meningkatkan penyerapan gelombang spektrum ini. Oleh itu dari bawah, biarkan permukaan menjadi licin, tanpa rambut, supaya segala-galanya akan di-debug dengan cara yang terbaik.

Kajian-kajian ini membenarkan saintis mencadangkan bahawa serat dengan sifat-sifat seperti bulu pelari perak boleh digunakan untuk membangunkan penebat haba dan bahan penyejukan diri untuk pelbagai tujuan.

Sumber: Norman Nan Shi, Cheng-Chia Tsai, Fernando Camino, Gary D. Bernard, Nanfang Yu, Rudiger Wehner.Menjaga sejuk: Refleksi yang dipertingkatkan dalam semut perak // Sains. Diterbitkan dalam talian 18 Jun 2015.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: