Форма трубочки, в которую сворачиваются половинки перезрелых стручков гороха и других бобов, может быть предсказана при помощи математического закона, о котором пишут открывшие его израильские физики в статье, опубликованной в журнале Science.

Эран Шарон (Eran Sharon) из Еврейского университета в Иерусалиме и его коллеги полагают, что открытые ими математические законы могут быть использованы для создания механических устройств, способных поддерживать и восстанавливать свою форму.

Авторы статьи открыли эти принципы, наблюдая за раскрытием плода тропического дерева баугинии пестрой (Bauhinia variegata). Стручки этих растений состоят из двух отдельных половинок, к поверхности которых прикреплены семена. При созревании половинки разъединяются и начинают закручиваться в спирали, при этом семена выпадают наружу, где их подхватывает ветер.

Израильские физики установили, что половинки стручка закручиваются в разные стороны из-за двух слоев волокон, которые растут под определенным углом по отношению друг к другу. Это позволяет плоду "запасать" потенциал упругости, который расходуется на "сворачивание" половинок плода после его созревания. В это время слои волокон высыхают и сжимаются, из-за чего относительно плоские половинки стручка превращаются в спирали.

Ученые склеили искусственную половинку стручка из двух латексных пленок, которые они предварительно растянули и скрепили друг с другом. После высыхания клея она завернулась в примерно такую же спираль, что и настоящие плоды баугинии. Авторы статьи собрали несколько таких "стручков" и разработали при их помощи математический аппарат, описывающий поведение любого такого "устройства".

В статье отмечается, что формой половинок стручка управляют всего два параметра - кривизна поверхности и метрический тензор - совокупность расстояний между любыми двумя точками на плоскости. Как утверждают ученые, формой спирали можно легко управлять, изменяя эти параметры.

Так, относительно широкие полоски закручиваются в длинные цилиндрические спирали, а более узкие сохраняют относительно прямую центральную ось, подобно перекрученной ленточке. Угол между слоями волокон или пленками латекса определяет то, насколько "крутой" будет спираль - чем он ближе к 45 градусам, тем короче будет каждый ее виток. Кроме того, от этого зависит то, будет ли "закручена" половина стручка против или по часовой стрелке.

Ученые отмечают, что этот механизм носит универсальный характер - таким же образом "сворачиваются" некоторые длинные молекулы, а также другие поверхности с двумя разнонаправленными слоями волокон.

Последние новости

Популярные новости