На uCrazy 9 лет 6 месяцев
Некоторые ученые утверждают, что медвежья шерсть - это природное оптоволокно. Так ли это?
Оптоволокно используется сегодня сплошь и рядом. Но, как и очень многое другое, природой оно было создано раньше, чем людьми. У некоторых животных есть части организма, обладающие этими интересными свойствами. Здесь ученые особо выделяют мех белого медведя. В течение многих десятилетий в научной среде велись споры о том, является ли он природным оптоволокном.
Как работает оптоволокно?
Оптоволоконный кабель – это, по сути, трубка, изготовленная из двух разных материалов. В тех, которые доносят до наших компьютеров Интернет, стеклянная сердцевина оптоволоконного кабеля окружена особым видом пластика. Здесь используется физическое явление, называющееся полным внутренним отражением.
Когда свет попадает на границу между двумя различными средами, существует вероятность, что одна его часть отразится, а другая – нет. Но если он проходит через более плотную среду и встречается с границей под небольшим углом, то отражается полностью. Иначе говоря, луч сможет пройти от одного конца кабеля к другому без единой «утечки» наружу. Кодируя световыми волнами информацию, мы получаем возможность быстро и эффективно передавать её.
Для использования оптоволоконной технологии в области связи требуется идеальное стекло, сохраняющее силу сигнала, но добиться полного внутреннего отражения на небольшом расстоянии, например, на длину волоса, не так уж и сложно. Поэтому предположение о том, что эволюция создала природное оптоволокно, не кажется безумным. Тем более что у белых медведей, как давно подмечено, шерсть состоит из полых «трубок».
Воздух, конечно, не стекло, от чего страдает качество отражения света, но этот процесс там все же происходит. Вопрос в том, достаточно ли этого, чтобы дать сколько-нибудь ощутимый результат.
В чем уникальность шерсти белых медведей: исследования ученых
В 70-х годах прошлого века ученые заметили, что шкуры белых медведей отражают гораздо меньше ультрафиолета, чем можно бы было ожидать. Одно из объяснений заключалось в том, что свет на этих длинах волн благодаря полой сердцевине волос доставляется вниз, к корням. Здесь находится слой более плотного и мягкого меха, который задерживает тепло. Кожа белых медведей, кстати, почти черная, что позволяет уловить ещё больше согревающей энергии Солнца.
Альтернативная гипотеза гласила, что особое строение шерсти позволяет белым медведям не задерживать тепло, а ощущать его. Свет якобы рассеивается по-разному в зависимости от угла соприкосновения с шерстью, что создает разницу температур. В принципе, животное могло бы с помощью этого эффекта даже в пасмурный день определять, где на небе находится Солнце. Но обе гипотезы выглядят весьма спорно.
Мех белого медведя превосходно рассеивает свет на любых длинах волн, несмотря на прозрачность каждого отдельного волоса. Благодаря этому животные кажутся белыми, получая возможность сливаться со снегами и льдами в местах своего обитания. Это полностью противоположно тому, что дает нам оптоволокно, обеспечивающее точечную доставку света от источника к конечному пункту назначения.
Группа ученых протестировала волоски, из которых состоит шерсть белых медведей, и пришла к выводу, что свет проходит по ним недостаточно далеко для обеспечения оптоволоконного эффекта. Согласно их заключению, этот материал теряет слишком много энергии. Вслед за этим последовало возражение от их коллег, которые заявили, что волоски, будучи плохими проводниками света сами по себе, могут компенсировать все потери, работая совместно.
Если рассмотреть участок меха белого медведя, то свет путешествует здесь не по одному волокну, а перескакивает по нескольким, опускаясь по этой «лесенке» до нижней подложки. Это вроде бы объясняет, как часть лучей согревает кожу, в то время как другая часть отражается, придавая животному его характерный белый цвет.
В общем, окончательный ответ обладает ли медвежья шерсть всеми свойствами оптоволокна пока не найден, но отсутствие единого мнения не мешает изобретателям адаптировать подсмотренные в природе свойства к потребностям человека.
В 2023 году группа ученых из Массачусетского университета заявила о том, что ей удалось с помощью нескольких видов пластика создать искусственную версию «оптоволоконного» меха, сохраняющего тепло. Синтетические полые волокна в данном случае только половина дела. Огромную роль играет темная подкладка, задерживающая поступающее извне тепло.
Авторы технологии утверждают, что в одежде из этого материала человек, находящийся под прямыми солнечными лучами, чувствует себя комфортно при температуре воздуха на 10 градусов ниже, чем когда он одет в хлопок. В будущем они планируют заставить свое творение работать и при искусственном освещении. Остается только найти неотапливаемые помещения, где подобный материал был бы актуален.
Оптоволоконный кабель – это, по сути, трубка, изготовленная из двух разных материалов. В тех, которые доносят до наших компьютеров Интернет, стеклянная сердцевина оптоволоконного кабеля окружена особым видом пластика. Здесь используется физическое явление, называющееся полным внутренним отражением.
Когда свет попадает на границу между двумя различными средами, существует вероятность, что одна его часть отразится, а другая – нет. Но если он проходит через более плотную среду и встречается с границей под небольшим углом, то отражается полностью. Иначе говоря, луч сможет пройти от одного конца кабеля к другому без единой «утечки» наружу. Кодируя световыми волнами информацию, мы получаем возможность быстро и эффективно передавать её.
отражение лучей в световоде
Для использования оптоволоконной технологии в области связи требуется идеальное стекло, сохраняющее силу сигнала, но добиться полного внутреннего отражения на небольшом расстоянии, например, на длину волоса, не так уж и сложно. Поэтому предположение о том, что эволюция создала природное оптоволокно, не кажется безумным. Тем более что у белых медведей, как давно подмечено, шерсть состоит из полых «трубок».
Воздух, конечно, не стекло, от чего страдает качество отражения света, но этот процесс там все же происходит. Вопрос в том, достаточно ли этого, чтобы дать сколько-нибудь ощутимый результат.
В чем уникальность шерсти белых медведей: исследования ученых
В 70-х годах прошлого века ученые заметили, что шкуры белых медведей отражают гораздо меньше ультрафиолета, чем можно бы было ожидать. Одно из объяснений заключалось в том, что свет на этих длинах волн благодаря полой сердцевине волос доставляется вниз, к корням. Здесь находится слой более плотного и мягкого меха, который задерживает тепло. Кожа белых медведей, кстати, почти черная, что позволяет уловить ещё больше согревающей энергии Солнца.
Альтернативная гипотеза гласила, что особое строение шерсти позволяет белым медведям не задерживать тепло, а ощущать его. Свет якобы рассеивается по-разному в зависимости от угла соприкосновения с шерстью, что создает разницу температур. В принципе, животное могло бы с помощью этого эффекта даже в пасмурный день определять, где на небе находится Солнце. Но обе гипотезы выглядят весьма спорно.
Мех белого медведя превосходно рассеивает свет на любых длинах волн, несмотря на прозрачность каждого отдельного волоса. Благодаря этому животные кажутся белыми, получая возможность сливаться со снегами и льдами в местах своего обитания. Это полностью противоположно тому, что дает нам оптоволокно, обеспечивающее точечную доставку света от источника к конечному пункту назначения.
волоски шерсти белого медведя под микроскопом
Группа ученых протестировала волоски, из которых состоит шерсть белых медведей, и пришла к выводу, что свет проходит по ним недостаточно далеко для обеспечения оптоволоконного эффекта. Согласно их заключению, этот материал теряет слишком много энергии. Вслед за этим последовало возражение от их коллег, которые заявили, что волоски, будучи плохими проводниками света сами по себе, могут компенсировать все потери, работая совместно.
Если рассмотреть участок меха белого медведя, то свет путешествует здесь не по одному волокну, а перескакивает по нескольким, опускаясь по этой «лесенке» до нижней подложки. Это вроде бы объясняет, как часть лучей согревает кожу, в то время как другая часть отражается, придавая животному его характерный белый цвет.
В общем, окончательный ответ обладает ли медвежья шерсть всеми свойствами оптоволокна пока не найден, но отсутствие единого мнения не мешает изобретателям адаптировать подсмотренные в природе свойства к потребностям человека.
В 2023 году группа ученых из Массачусетского университета заявила о том, что ей удалось с помощью нескольких видов пластика создать искусственную версию «оптоволоконного» меха, сохраняющего тепло. Синтетические полые волокна в данном случае только половина дела. Огромную роль играет темная подкладка, задерживающая поступающее извне тепло.
фрагмент нейлоновой подкладки, задерживающей тепло
Авторы технологии утверждают, что в одежде из этого материала человек, находящийся под прямыми солнечными лучами, чувствует себя комфортно при температуре воздуха на 10 градусов ниже, чем когда он одет в хлопок. В будущем они планируют заставить свое творение работать и при искусственном освещении. Остается только найти неотапливаемые помещения, где подобный материал был бы актуален.
Комментариев пока нет
