Jak gekony przeczą grawitacji? - Eleanor Nelsen

Obejrzyj całą lekcję: http://ed.ted.com/lessons/how-do-geckos-defy-gravity-eleanor-nelsen

Gekony nie są pokryte klejem, haczykami ani przyssawkami, a jednak potrafią bez trudu wspinać się po ścianach i wisieć na suficie. Jak to się dzieje? Eleanor Nelsen wyjaśnia, jak ich niesamowite łapki pozwalają im przeczyć grawitacji.

Lekcja: Eleanor Nelsen, animacja: Marie-Louise Højer Jensen.

Jest północ i wszystko ucichło.

Słychać tylko miękkie ruchy gekona
polującego na pająka.

Gekony zdają się przeczyć grawitacji,

wspinając się po pionowych powierzchniach

i chodząc do góry nogami bez pazurów,

kleju czy niesamowitej pajęczej sieci.

Wykorzystują za to prostą zasadę

przyciągania dodatnich
i ujemnych ładunków.

Przyciąganie wiąże ze sobą
składniki jak w soli kuchennej,

złożonej z jonów sodowych
o ładunku dodatnim

przyłączonych do jonów chlorkowych,
które są ujemnie naładowane.

Jednak ani palce gekona nie są naładowane

ani powierzchnie, po których chodzą.

Skąd więc ta przyczepność?

Odpowiedź kryje sprytne połączenie
sił międzycząsteczkowych

i inżynierii strukturalnej.

Pierwiastki w układzie okresowym
różnią się elektroujemnością.

Pierwiastki takie jak tlen i fluor
są bardziej elektroujemne

a inne, jak wodór czy lit,
nie przyciągają tak mocno elektronów.

Ten względny głód elektronów
nazywamy elektroujemnością.

Elektrony są cały czas w ruchu

i mogą łatwo przemieścić się tam,
gdzie są najbardziej pożądane.

Jeśli w cząsteczce znajdują się
atomy o różnej elektroujemności,

wtedy chmurę elektronów

przyciąga bardziej elektroujemny atom.

Tworzy to miejsce w chmurze elektronów,

przez które prześwituje
ładunek dodatni z jądra atomu,

podobnie jak ujemnie naładowane
elektrony rozmieszczone gdzie indziej.

Cząsteczka sama w sobie
nie jest naładowana,

ale ma miejsca o ładunkach
dodatnich i ujemnych.

To wystarczy, żeby przyciągnąć do siebie
sąsiadujące cząsteczki,

które tak się ułożą, że ładunki dodatnie

będą obok ładunków ujemnych
znajdujących się na drugiej cząsteczce.

Nie potrzeba bardzo elektroujemnego atomu,

żeby wytworzyć te siły przyciągania.

Elektrony są stale w ruchu

i czasami gromadzą się
przez chwilę w jednym miejscu.

Ta odrobina ładunku wystarczy,
żeby przyciągnąć cząsteczki do siebie.

Interakcje między
nienaładowanymi cząstkami

nazywamy siłami van der Waalsa.

Nie są tak silne jak interakcje
między naładowanymi cząsteczkami,

ale jeśli jest ich wystarczająco dużo,
wtedy ich suma ma znaczenie.

Taki jest sekret gekona.

Palce gekona są wyłożone
elastycznymi blaszkami.

Blaszki pokrywają cienkie,
włosowate struktury,

dużo cieńsze od ludzkiego włosa,
które nazywamy szczecinkami (setae).

Każdą z nich pokrywają
jeszcze mniejsze szpatułki (spatulae),

których łopatkowaty kształt
doskonale służy gekonowi,

na żądanie przyczepiając
i odczepiając się.

Kiedy gekon rozprostowuje
elastyczne palce na suficie,

szpatułki pod odpowiednim kątem
wykorzystują siły van der Waalsa.

Rozpłaszczone szpatułki

tworzą dużą powierzchnię,
żeby ładunki dodatnie i ujemne

na palcach gekona i suficie
ułożyły się komplementarnie.

Każda szpatułka ma malutki wkład
w siły van der Waalsa.

Gekon ma dwa miliardy szpatułek,

które tworzą wystarczającą siłę,
żeby utrzymać jego wagę.

Gekon mógłby nawet wisieć na jednym palcu.

Ta niezwykła przyczepność
może zostać przerwana,

gdy tylko odrobinę zmieni się kąt.

Gekon może w ten sposób odczepić łapkę,

polując na obiad lub uciekając
przed drapieżnikiem.

Użycie wielu szczecinek
o odpowiednim kształcie,

źeby zwiększyć siły van der Waalsa
między zwykłymi cząsteczkami,

była inspiracją do stworzenia
sztucznych materiałów

imitujących niezwykłą przyczepność gekona.

Imitacje nie dorównują
wytrzymałości palców gekona,

ale są wystarczająco dobre,
żeby dorosły człowiek

mógł wspiąć się po szklanej ścianie
o wysokości 7,62 metrów.

Ofiara gekona także
używa sił van der Waalsa,

żeby przylegać do sufitu,

więc gekon odczepia palce
i pościg zaczyna się od nowa.