Das Protokoll hier widmet sich der Untersuchung die kostenlose und schnelle Manöver von Wasser Strider auf Wasseroberfläche. Das Protokoll enthält die Mikrostruktur der Beine Beobachtung und Messung der Haftkraft bei Abflug aus Wasserfläche mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten.
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Methodenartikel
Messung der dynamischen Kraft gehandelt auf Wasser Strider Bein nach oben springen, indem Sie die PVDF Film Sensor
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Dieser Studie zielte darauf ab, einer Erklärung für das Phänomen in der Natur, dass Wasser Strider machen in der Regel springt oder auf dem Wasser gleitet, leicht aber sehr schnell, mit seiner Spitze Fortbewegung bis 150 cm/s zu beschleunigen. Zunächst einmal haben wir beobachtet die Mikrostruktur und die Hierarchie des Wasser Strider Beine mit dem Rasterelektronenmikroskop. Auf der Grundlage der beobachteten Morphologie der Beine entstand ein theoretisches Modell der Ablösung von der Wasseroberfläche, die erklärt Wasserläufer Fähigkeit, gleiten auf der Wasseroberfläche mühelos in Bezug auf die Senkung des Energieverbrauchs. Zweitens wurde eine dynamische Kraft-Mess-System entwickelt, mit dem PVDF Film Sensor mit exzellenten Empfindlichkeit, die der gesamten interaktionsprozess erkennen konnte. Anschließend ein einzelnes Bein mit Wasser in Berührung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten nach oben gezogen wurde, und die Haftkraft wurde zur gleichen Zeit gemessen. Die Ergebnisse des scheidenden Experiments vorgeschlagen ein tiefes Verständnis für das schnelle springen der Wasserläufer.
Einleitung
In der Natur besitzen Wasserläufer bemerkenswerte Fähigkeit zu springen oder gleiten leicht und rasch auf die Wasseroberfläche mit Hilfe der Beine schlank und nonwetting1,2,3,4,5, aber selten bewegen sich langsam, das ist im Gegensatz zu den terrestrischen Insekten. Die hierarchische Struktur des Wasser Strider stabilisiert den superhydrophob Zustand, der drastische Reduktion im Bereich und Adhäsion Kontaktkraft zwischen Wasser und das Bein6,7,....
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Protokoll
(1) Beobachtung der Oberflächenstruktur auf Wasser Strider Bein
- Wasserläufer aus lokalen Süßwasser Teichen mit Fischen Kescher zu sammeln.
- Mindestens 5 mittleren Beinpaare als experimentellen Proben mit einer Schere abgeschnitten. Berühren Sie die Unterseite der Beine sorgfältig, um die Oberflächenkontamination und Mikrostruktur an der Vorderseite Beine zu stören zu vermeiden.
- Trocknen Sie die Beine an der Luft.
- Beobachten Sie die Oberfläche Mikrostruktur der Beine mit ein Rasterelektronenmikroskop mit Mikro-Ebene Auflösung, wie in Abbildung 1einegezeigt.
- Beobachten Sie di....
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Ergebnisse
Das Verhältnis zwischen Geschwindigkeit und Adhäsion Hubkraft ist in Tabelle 1dargestellt. Wenn die Hubgeschwindigkeit von 0,01 m/s bis 0,3 m/s erhöht, die Haftung zwischen der Wasser Oberfläche und Bein sinkt dramatisch von 0,10 bis 0,03 zwingen. Die ausscheidenden Experiment ergab, dass Haftung Spitzenkraft dramatisch wie die anhebende Geschwindigkeit zu erhöhen,, die zeigten verringern würde, dass die Wasserläufer wohlfühlen können, wenn sie schnell auf der Wasseroberf.......
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Diskussion
In diesem Protokoll war eine dynamische Kraft-Mess-System basiert auf dem PVDF Film Sensor erfolgreich entwickelt, montiert, so kalibriert, dass um die Haftkraft von der Wasseroberfläche zu messen. Unter den ganzen Schritten war es entscheidend, dass die Haftkraft mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gemessen wurde, durch das Heben des Bein von der Wasseroberfläche als diese Studie konzentrierte sich auf die bemerkenswerte Eigenschaft der schnelle Manöver auf dem Wasser. Die Ergebnisse der abfliegenden Experiment zeig.......
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Offenlegungen
Der Autor hat nichts preisgeben.
Danksagungen
Die Autoren danken National Key Technology Research and Development Program des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie von China (Nr. 2011BAK15B06) für ihre Unterstützung. Danke, Shuya Zhuang, Meisterschüler von unserem Labor für das helfen wir dem Videodreh zu vervollständigen ist.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| PVDF-Foliensensor | TE Connectivity | DT1-028K/L | Der PVDF-Foliensensor dient zur Erfassung der dynamischen Kontaktkraft. |
| Ladungsverstärker | Wuxi Shiao Technology Co., Ltd | YE5852B | Der Ladungsverstärker ist ein elektronischer Stromintegrator, der einen Spannungsausgang erzeugt, der proportional zum integrierten Wert des Eingangs |
| Datenerfassungsgerät | Instruments | USB-4431 | Das Datenerfassungsgerät wird zum Auslesen der Spannungsdaten verwendet. |
| Verdrängungstisch | ZOLIXINSTRUMENTS CO. LTD | KSAV1010-ZF | KSAV1010/2030-ZF ist ein Keil-Vertikaltisch mit hoher Auflösung, hoher Stabilität und hoher Last. |
| CCD-Kamera | Shenzhen Andonstar Tech Co., Ltd | Digitalmikroskop A1 | Bildrate: 30 Bilder/sek; Brennweite: 5mm - 30mm |
| Computer | Lenovo | G480 | |
| Servomotor | EMAX US Inc. | ES08MD | Es ist nicht schlecht, dieses Servo mit einer Geschwindigkeit von 0,10 sec/60°; / 4,8 V bis 0,08 sec/60°; / 6,0 V. |
| Mechanische Pipetten | Dragon Laboratory Instruments Limited | YE5K693181 | Die Pipetten decken einen Volumenbereich von 0,1 μm ab. l bis 2,5 μ l |
Referenzen
- Gao, X., Jiang, L. Biophysics: Water-repellent legs of water striders. Nature. 432 (7013), 36(2004).
- Hu, D. L., Chan, B., Bush, J. W. M. The hydrodynamics of water strider locomotion. Nature. 424 (6949), 663-666 (2003).
- Jiang, C. G., Xin, S. C., Wu, C. W.
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Nachdrucke und Genehmigungen
