Изкуствени мускули на найлон въдицата

Мускулите се нуждаят от обучение

В нашите експерименти, ние използвахме диаметъра линия от 0,7 мм. За да се разточва на една спирала, сме консолидирали сила тренировка във вертикално положение, държейки единия край на въдицата в патрона и на другия край е свързан с тегло от 3 Н - с това тегло въдицата няма да се счупи, и свежда до минимум за еднаквото спирала. По време на усукване натоварване ще бъде вдигнат без да се обръща около вертикалната ос, която се затвори е монтиран върху него.

Когато надлъжната влакна извиване влакното върху повърхността приблизително 45 ° спрямо надлъжната ос, линията започва да се свие в здраво спирала. Източникът на отсечка дължина 1 m при усукване превръща в спирала 17 см. В този случай, като силна найлон се подлага на пластична деформация, която след отстраняване на въртящата сила спирала развива почти обратно. По принцип, това ново състояние на влакната може да бъде фиксиран, бавно нагряване на скелето до температура, близка до температурата на топене и след това се охлади.

За да се избегне спираловидно следващите тестове направихме изкуствен мускул на двете спирали на дясната и лявата Перм закрепени заедно в паралел. е монтиран отдолу на вертикално окачен на мускулите да се вдигне товар. За да се намали мускул в горния си край от находища на тръба подава гореща вода, която течеше свободно в спирали надолу. температура Muscle се измерва с температурен сензор фиксиран към него, удължаване - ултразвуков датчик за преместване.

Работата, извършена от движение на натоварването на двигателя в сравнение с постоянен оперативен сила е равна на произведението от сила и изместване. Например, когато се движат свободно окачен товар с тегло 10 до Н (т.е. в посока, обратна на вектора на тежестта) при 0.03 m лифт извършва работа 10 N х 0,03 м J = 0.3.

Чрез измерване на редица последователни теста, дължината на мускула с прикачен товар 10 N зависи от температурата, открихме ефекта на обучение: След първия цикъла загряване и охлаждане мускулите става по-дълъг, но от четвърти път цикъл започва играта, така че мускулите на влаковете 200 мм по време на нагряване от 20 до 80 ° с всеки път се намалява до 30 mm, като работата на 0.3 J, и след това опъната от същото количество при охлаждане. При загряване спирала абсорбира термична енергия 50 J, така че мускулната ефективност беше 0.06%.

Twist и северно сияние

Сега обясни защо найлон спирала намалява с увеличаване на температурата. Опитът показва, че при нагряване се намалява и се изви риболов съответствие с висящи товари, макар и не толкова значително. Това намаление се дължи на анизотропия на материала, от който е направена скеле. Когато стопеният найлон се прекарва през матрица, дългите полимерни молекули са ориентирани по протежение на линията. На заредени полимерни влакна при нагряване се държат като разтегнато гумена нишка (Трилор, 1975) - са намалени, увеличаване на ентропията на системата.

А сега да разгледаме линията, се изви до точката, където тя започва да се сгуша в спирала. Както вече споменахме, в това състояние, надлъжните влакна в повърхността на влакното навита около 45 ° спрямо оста. При нагряване, влакното усукани влакна се намалява, което води до развиването на влакното. За простота, ние приемаме, че ако нишките са намалени с 1%, а след това на броя на оборотите чрез която влакното се развива, е 1% от общия брой на оборотите, при които тя е усукан.

Ние все още трябва да се справят с това, как са намаляването на влакна и намаляването на спирала мускул. Развитие на прост математически модел, описващ тази връзка е важна част от нашето решение. В резултат на това да се опише съкращенията спирала се използва формулата Kalugaryanu - бяло - Fuller (CWF):

което е доказано в диференциална геометрия (Călugăreanu, 1959; White, 1969; Fuller, 1971), и след това е намерил приложение в молекулярната биология в описанието на суперкойлд ДНК (Fuller, 1978; Pohl, 1980).

Броят на ангажимент Лука (на английски -. Свързването на брой) в тази формула показва колко завъртания на долния край на кордата се усукват по отношение на горната част. Това число е топологичен инвариант: тя остава непроменена по време на деформация на спиралата, когато в долния край на кордата не се върти по отношение на горната част.

CWF формула казва, че броят на ангажимент може да се разделят на два мандата - Tw (усукване) и Wr (гърчещи), размерът на която в нашия експеримент остава непроменен. Номер Tw характеризира предат нишки в рамките на линия за риболов (първична); брой Wr - външен nyuyu-обрат самата рибарска корда (средно), когато той образува триизмерна спирала.

За да се разбере по-добре смисъла на тази формула, да тънък пластмасов кабел, се плъзга маркер права линия на повърхността си, и след това спирално навита върху парче кабел на дебели тръби, така че съставен линия е насочена навън от тръбата. Да приемем, че кабелът е увита около тръбата 5 завои. В това състояние, вътрешната мозък влакна обрат Tw = 0, и броя на зацепване равен на външния обрат: Lk = Wr = 5. Сега държи краищата на кабел с две ръце, отстраняване на кабел от тръбата, не подреждането ръце и се простират. Кабелът протегна в права линия, пространствен пръстен изчезна, а сега неговата външна спин Wr = 0. В този случай се оказа усукана връв около оста си, а броят на завъртанията на вътрешната въртене е равен на броя на ангажираност: Tw = Lk = 5.

В математически документи, споменати по-горе е намерено от математическата формула за изчисляване на външната WR обрат в общия случай. За още по-вита обрат, тази формула е много опростен (Фулър, 1978), придобиване на вида на

където N - е броят на завъртанията на външната спирала, α - спирала олово ъгъл спирала.

Когато спираловидно m риболов линия, патронник прави 360 оборота за образуване на овце (панта) и 180 оборота в минута след овце формация; в същото време за всяка революция стана нов агне. Това означава, че вътрешната завъртане влакното по време на образуването на овце вече не се случи, така че крайният брой мускул характеризиращ Tw = 360, Wr = 180.

Опитът показва, че сук найлон моновлакно се намалява от 1.1% при нагряване от 20 до 80 ° С, ще се приеме, че това намаление на фибри намалява вътрешната завъртане TW като 1.1%, т.т.. Д. 4 завои. По този начин външната WR извиващата се увеличава с 4 навивки, т.е.. Д. 2.2%. Броят N навивки на спиралата не се променя, след това 2.2% увеличава стойността на (1 - SIN α) .., т.е. намаляване на ъгъл а, при което намотката се скъсява. В завършен спирална мускулна греха α ≈ 0.16, така увеличаване на стойността на (1 - SIN α) на 2.2% води до намаляване грях а с 13%. Намира се на толкова много и имаше височина намаляване спирала в нашия експеримент.

Разбира се, приет модел - доста груб, но тя дава резултати, съответстващи на експеримент. Основното му предимство е неговата простота: вместо да се опише структурата на линия влакна, ние работим лесно се брои в номерата на експеримента Tw, Записвай и Лук. Всички грапавостта на модела е предположението, че относителното намаляване на вътрешната спираловидна обрат равна на относителното намаляване на влакно сук влакна при същата температура. Тази хипотеза може да бъде тестван в непряко експеримент и линия, усукани до такова състояние, когато тя е на път да започне да се образува овце и фиксирано в това състояние чрез нагряване до температура, близка до температурата на топене на найлон, и последващо охлаждане.

Călugăreanu G. L 'неразделна DE Гаус et l'анализира де noeuds tridimensionnels // Rev. Math. Pures Appl. 1959 V. 4. P. 5-20.

Fuller Е. В. гърчеше броя на крива пространство // Proc. Нат. Акад. Sci. САЩ. 1971 V. 68. P. 815-819.

Fuller Е. В. разпадане на свързване на броя на затворена лента: проблем от молекулярната биология // Proc. Нат. Акад. Sci. САЩ. 1978 V. 75. стр 3557-3561.

Pohl W. F. ДНК и диференциална геометрия // Math. Информатор. 1980. 3. В. P. 20-27.

Трилор L. R. G. физиката на каучук еластичност. Oxford University Press, 1975.

Бялата J. Н. самостоятелно свързване и интеграл Гаус по-високи размери // Am. J. Math. 1969 V. 91. P. 693-728.

Условия за ползване на материали

Електронни плащания се извършват чрез центъра за обработка PayOnline и сервиз ROBOKASSA