Il protocollo qui è dedicato all'investigazione il gratuito e veloce manovra di strider acqua sulla superficie dell'acqua. Il protocollo comprende osservando la microstruttura delle gambe e misurando la forza di adesione quando in partenza dalla superficie dell'acqua a velocità diverse.
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Articolo metodologico
Misurazione della forza dinamica ha agito sulla gamba di Strider acqua saltando verso l'alto dal sensore Film PVDF
In questo articolo
Sommario
Abstract
Questo studio ha mirato a fare una spiegazione per il fenomeno in natura che strider acqua solitamente salta o scivola sulla superficie dell'acqua, facilmente, ma rapidamente, con la sua locomozione picco velocità raggiungendo 150 cm/s. Prima di tutto, abbiamo osservato la microstruttura e la gerarchia delle gambe strider acqua usando il microscopio elettronico a scansione. In base alla morfologia osservata delle gambe, è stato stabilito un modello teorico del distacco dalla superficie dell'acqua, che ha spiegato la capacità degli acqua striders a scivolare sulla superficie dell'acqua senza sforzo in termini di riduzione di energia. In secondo luogo, un sistema di misura di forza dinamica è stato ideato utilizzando il sensore di pellicola PVDF con eccellente sensibilità, che potevano rilevare il processo intero di interazione. Successivamente, una sola gamba a contatto con acqua è stata tirata verso l'alto a velocità diverse, e la forza di adesione è stata misurata allo stesso tempo. I risultati dell'esperimento in partenza ha suggerito una profonda comprensione del salto veloce di acqua striders.
Introduzione
In natura, acqua striders possiedono notevoli capacità di saltare o scivolare facilmente e velocemente sulla superficie dell'acqua con l'aiuto del gambe snelle e nonwetting1,2,3,4,5, ma raramente si muovono lentamente, che è diverso dagli insetti terrestri. La struttura gerarchica di strider acqua stabilizza lo stato superidrofobiche, che rende la drastica riduzione nella forza di adesione e area di contatto tra acqua e la gamba6,7,
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Protocollo
1. osservazione della struttura superficiale sulla gamba Water Strider
- Raccogliere acqua striders da locali stagni d'acqua dolce utilizzando guadino di pesca.
- Tagliare almeno 5 paia di gambe centrali come campioni sperimentali utilizzando le forbici. Toccare la parte inferiore delle gambe con attenzione, per evitare la contaminazione della superficie e l'interruzione della microstruttura nella parte anteriore le gambe.
- Asciugare le gambe all'aria.
- Osservare la microstruttura superficiale delle gambe utilizzando un microscopio elettronico a scansione con risoluzione di micro-livello, come mostrato in Figura 1....
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Risultati
Il rapporto tra forza di adesione e velocità di sollevamento è mostrato nella tabella 1. Quando la velocità di sollevamento aumenta da 0,01 m/s a 0,3 m/s, l'adesione della forza tra l'acqua superficie e gamba diminuisce drammaticamente da 0,10 a 0,03. I risultati dell'esperimento in partenza ha mostrato che la forza di adesione di picco diminuirebbe drasticamente come l'aumento di Velocità sollevamento, che ha indicato che l'acqua striders può stare tranquillo se si muovo.......
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Discussione
In questo protocollo, un sistema di misura di forza dinamica basato sul sensore di pellicola PVDF con successo era ideato, assemblato, tarato per misurare la forza di adesione dalla superficie dell'acqua. Tra i passaggi interi, era cruciale che la forza di adesione è stata misurata a diverse velocità sollevando la gamba dalla superficie dell'acqua come questo studio incentrato sulla caratteristica notevole della manovra veloce sull'acqua. I risultati di partenza esperimento ha mostrato che la forza di adesione è diminuit.......
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Dichiarazioni
L'autore non ha nulla di divulgare.
Ringraziamenti
Gli autori ringraziano la National Key Technology Research e programma di sviluppo del Ministero della scienza e tecnologia della Cina (n. 2011BAK15B06) per il loro sostegno. Grazie Shuya Zhuang che è uno studente master dal nostro laboratorio per aiutarci a completare le riprese video.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Sensore a film in PVDF | TE Connectivity | DT1-028K/L | Il sensore a film in PVDF viene utilizzato per rilevare la forza di contatto dinamica. |
| Amplificatore di carica | Wuxi Shiao Technology co., Ltd | YE5852B | L'amplificatore di carica è un integratore elettronico di corrente che produce un'uscita di tensione proporzionale al valore integrato dell'ingresso |
| Dispositivo di acquisizione dati | National Instruments | USB-4431 | Il dispositivo di acquisizione dati viene utilizzato per leggere i dati di tensione. |
| Stadio di spostamento | ZOLIXINSTRUMENTS CO. LTD | KSAV1010-ZF | KSAV1010/2030-ZF è uno stadio verticale a cuneo ad alta risoluzione, alta stabilità e alto carico. |
| Telecamera CCD | Shenzhen Andonstar Tech Co., Ltd | microscopio digitale A1 | Frequenza fotogrammi: 30 fotogrammi/sec; Distanza focale: 5mm - 30mm |
| Computer | Lenovo | G480 | |
| Servomotore | EMAX US Inc. | ES08MD | Non è male questo servo con velocità che varia da 0,10 sec/60° / 4,8v a 0,08 sec/60°/6.0v. |
| Pipette meccaniche | Dragon Laboratory Instruments Limited | YE5K693181 | Le pipette coprono un intervallo di volume di 0,1 μ l a 2,5 μ l |
Riferimenti
- 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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Ristampe e permessi
