mușchii artificiale de linia de pescuit din nylon

Muschii necesită instruire

In experimentele noastre, am folosit diametrul liniei de 0,7 mm. Pentru a-l rostogolească într-o spirală, ne-am consolidat un exercițiu de putere într-o poziție verticală, care deține un capăt al unei linii de pescuit în cartuș și celălalt capăt a fost atașat o greutate de 3 H - cu această linie de pescuit în greutate nu se va rupe, și reduce la minim la spirala uniformă. În timpul sarcinii răsucire se ridică în sus, fără a se rotească în jurul unei axe verticale, care dispozitivul de blocare este montat pe ea.

Când longitudinal fibră ondularea firului de pescuit pe suprafață de aproximativ 45 ° în raport cu axa longitudinală, linia începe să se onduleze într-o spirală strânsă. Sursa lungimii segmentului liniei de 1 m, la o răsucire se transformă într-o spirală de 17 cm. În acest caz, o astfel de nylon puternic suferă o deformare plastică, care după îndepărtarea forței elicei rotative unwinds aproape înapoi. În principiu, această nouă stare a fibrelor pot fi fixate, de încălzire încet schela la o temperatură apropiată de temperatura de topire și apoi se răcește.

Pentru a evita spiralat testele ulterioare am făcut un mușchi artificial a celor două spirale de pe dreapta și stânga Perm, fixate împreună în paralel. Partea de jos a mușchiului suspendat vertical a fost montat pentru a ridica o sarcină. Pentru a reduce musculare la capătul superior prin depozite de tub alimentat cu apă caldă care curgeau liber în spirală în jos. Temperatura musculară a fost măsurată cu un senzor de temperatură fixă ​​la acesta, lungirea - senzor de deplasare cu ultrasunete.

Lucrarea realizată prin deplasarea sarcinii motorului în funcție de forța de operare constantă este egală cu produsul de forță și deplasare. De exemplu, atunci când se deplasează sarcină liber suspendată cântărire 10 H sus (adică, într-o direcție opusă vectorului de greutate), la un 0.03 m-lift efectuează locul de muncă 10 N x 0,03 m J = 0,3.

Prin măsurarea unui număr de încercări consecutive, lungimea mușchiului cu o sarcină atașat 10 N depinde de temperatura, am descoperit efectul antrenamentului: După prima încălzire și ciclurile de răcire mușchiul devine mai lung, dar din a patra oară ciclu începe joc, astfel încât mușchii trenului de 200 mm în timpul încălzirii la 20 la 80 ° C, de fiecare dată a fost redus la 30 mm, ceea ce face lucrarea de 0,3 J, și apoi întins de aceeași cantitate sub răcire. Când încălzirea spirală absorbită energie termică 50 J, astfel încât eficiența musculară a fost de 0,06%.

Twist și fanioane

Noi acum explica de ce nailon spirala scade odată cu creșterea temperaturii. Experiența arată că, atunci când este încălzit redusă și răsucit linia de pescuit cu o sarcină suspendată, deși nu la fel de semnificativ. Această reducere se datorează anizotropia materialului din care este confecționat schele. Când nailonul topit este trecut printr-o matriță, moleculele polimerice lungi sunt orientate de-a lungul liniei. Fibrele polimerice încărcate asupra comporta încălzire, cum ar fi un fir de cauciuc alungit (Treloar, 1975) - sunt reduse, creșterea entropia sistemului.

Acum, ia în considerare linia, răsucite la punctul în care începe să se onduleze într-o spirală. După cum sa menționat deja, în această stare, fibrele longitudinale la suprafața liniei de pescuit ondulată aproximativ 45 ° în raport cu axa. Când este încălzit, fibrele răsucite linia de pescuit sunt reduse, rezultând în derularea liniei de pescuit. Pentru simplificare, presupunem că în cazul în care filamentele sunt reduse cu 1%, atunci numărul de rotații prin care este derulată linia de pescuit, este de 1% din numărul total de rotații la care este răsucită.

Încă mai avem de a face cu faptul că, modul în care sunt reducerea fibrelor și reducerea musculare în spirală. Elaborarea modelului matematic simplu care descrie această relație a fost o parte importantă a soluției noastre. Ca urmare, pentru a descrie reducerile în spirală am folosit formula Kalugaryanu - Alb - Fuller (CWF):

care a fost dovedit în geometria diferențială (Călugăreanu, 1959; White 1969 Fuller, 1971), iar apoi si-a gasit in biologie moleculara in descrierea ADN-ului superrăsucit (Fuller, 1978; Pohl, 1980).

Numărul de angajament Lc (în engleză -. Numărul Linking) în această formulă arată cât de multe ture de capătul inferior al liniei de pescuit a fost răsucită în raport cu partea superioară. Acest număr este un invariant topologic: ea rămâne neschimbată în timpul deformării spiralei atunci când capătul inferior al liniei de pescuit nu se rotește în raport cu partea superioară.

CWF formula spune că numărul de angajament poate fi descompus în doi termeni - Tw (răsucindu) și Wr (crispării), cantitatea de care, în experimentul nostru rămâne neschimbat. Numărul Tw caracterizează filamente de spin în cadrul liniei de pescuit (primar); Numărul Wr - extern nyuyu-răsucire în sine linia de pescuit (secundar), atunci când se formează o spirală tridimensională.

Pentru a înțelege mai bine sensul acestei formule, să ia un cordon subțire de plastic, glisează marcator linie dreaptă pe suprafața sa, și apoi înfășurat în spirală pe bucata cordon de țevi groase, astfel încât linia desenată a fost orientată spre exteriorul tubului. Să presupunem că cablul este înfășurat în jurul conductei 5 rotații. În această stare, interior fibre cordon răsucire Tw = 0, iar numărul de angajament egal cu răsucire exterior: Lc = Wr = 5. Acum țineți capetele cablului cu ambele mâini, scoateți cablul din conducta, mâinile nu unscrambling și întinde-l. Cordonul întins într-o linie dreaptă, inelul spațial a dispărut, iar acum de spin Wr sale exterioare = 0. În acest caz, sa dovedit a fi un șnurul răsucit în jurul axei sale, precum și numărul de rotații ale spinului interior a fost egal cu numărul de angajament: Tw = Lc = 5.

In documentele matematice menționate mai sus a fost găsit de formula matematică pentru calcularea wr răsucire exterior în cazul general. Pentru chiar și o poftă de mâncare în spirală, această formulă este mult simplificată (Fuller, 1978), dobândirea fel de

unde N - este numărul de rotații ale spiralei exterioare, α - helix plumb unghiul elicei.

Când ne spiralare linia de pescuit metru, o mandrina face 360 ​​de rotații pentru a forma o oaie (balama) și 180 rpm după formarea oilor; în același timp, pentru fiecare revoluție a apărut un nou miel. Aceasta înseamnă că linia de pescuit de spin interioară în timpul formării oilor nu mai apar, astfel încât numerele terminat mușchiul caracterizat Tw = 360, Wr = 180.

Experiența arată că monofilamentul Nylon nerăsucite este redus cu 1,1%, atunci când este încălzit la 20 la 80 ° C. Se va presupune că această reducere cu fibre reduce spin interior Tw ca 1,1%, pt. E. 4 rotații. Prin aceasta, Wr răsucire exterior este crescut cu 4 rotații, adică. E. 2.2%. Numărul N de rotații ale elicei nu este schimbat, apoi 2,2% crește valoarea (1 - păcat α) .., Ie, scăderea unghiului a, prin care bobina devine mai scurt. La terminat păcatul muscular elicoidal α ≈ 0,16, astfel încât creșterea valorii (1 - păcat α) de 2,2% conduce la o scădere păcat alfa cu 13%. Este pe atât de mult și a existat o înălțime spirală reducere a experimentului nostru.

Desigur, modelul adoptat - destul de dur, dar dă rezultate în concordanță cu experimentul. Avantajul său principal este simplitatea sa: mai degrabă decât pentru a descrie structura fibrelor de linie, vom opera cu ușurință contează în numerele de experiment Tw, Wr și Lc. Toate rugozitatea modelului este presupunerea că scăderea relativă răsucire în spirală interioară egală cu reducerea relativă a liniei de pescuit din fibre nerăsucite la aceeași temperatură. Această ipoteză poate fi testată într-un experiment indirect și linie, răsucite la o astfel de stare, atunci când este pe cale să înceapă să formeze oi și fixate în această stare prin încălzire la o temperatură apropiată de temperatura de topire a nailon și răcire ulterioară.

Călugăreanu G. L „INTEGRAL DE Gauss et l'analiza des noeuds tridimensionnels // Rev. Math. Pures Appl. 1959. V. 4. P. 5-20.

Fuller F. B. writhing Numărul unei curbe spațiu // Proc. Nat. Acad. Sci. Statele Unite ale Americii. 1971. V. 68. P. 815-819.

Fuller F. B. Descompunerea numărului care leagă de o panglică închis: O problemă de biologie moleculară // Proc. Nat. Acad. Sci. Statele Unite ale Americii. 1978. V. 75. P. 3557-3561.

Pohl DNA F. W. și diferențială geometrie // Math. Intelligencer. 1980. 3. V. P. 20-27.

Treloar L. R. G. Fizica elasticitate cauciuc. Oxford University press, 1975.

Alb J. H. Auto-linking si integrala Gauss în dimensiuni mai mari // Am. J. Math. 1969. V. 91. P. 693-728.

Condiții de utilizare a materialelor

Plățile electronice sunt efectuate prin centrul de procesare PayOnline și servicii ROBOKASSA