गतिशील बल का मापन जल Strider पैर PVDF फिल्म संवेदक द्वारा ऊपर की ओर कूद पर कार्रवाई की
Summary
यहाँ प्रोटोकॉल पानी की सतह पर जल strider की निःशुल्क और त्वरित युद्धाभ्यास की जाँच के लिए समर्पित है. प्रोटोकॉल अलग गति पर पानी की सतह से प्रस्थान जब पैरों की microstructure अवलोकन और आसंजन बल को मापने भी शामिल है ।
Abstract
इस अध्ययन प्रकृति में घटना के लिए एक विवरण बनाने के उद्देश्य से है कि पानी strider आमतौर पर कूदता है या पानी की सतह पर आसानी से फिसलना लेकिन जल्दी से, अपने चरम गतिवान गति के साथ पहुंच रहा है १५० cm/ सबसे पहले, हम स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग कर पानी strider पैर के microstructure और पदानुक्रम मनाया । पैरों की मनाया आकृति विज्ञान के आधार पर, पानी की सतह से टुकड़ी का एक सैद्धांतिक मॉडल स्थापित किया गया था, जो पानी की सतह पर सहजता से ऊर्जा की कमी के मामले में स्लाइड करने के लिए जल ‘ striders क्षमता की व्याख्या की । दूसरे, एक गतिशील बल माप प्रणाली उत्कृष्ट संवेदनशीलता है, जो पूरी बातचीत की प्रक्रिया का पता लगाने सकता है के साथ PVDF फिल्म सेंसर का उपयोग कर तैयार किया गया था । बाद में, पानी के संपर्क में एक पैर अलग गति से ऊपर की ओर खींच लिया था, और आसंजन बल एक ही समय में मापा गया था । दिवंगत प्रयोग के परिणामों ने जल striders के तेज कूद की गहरी समझ सुझाई.
Introduction
प्रकृति में, पानी striders उल्लेखनीय करने के लिए कूद या फिसलना और तेजी से पानी की सतह पर पतला और गीला पैर1,2,3,4,5की मदद से ग्लाइडिंग करने की क्षमता के अधिकारी लेकिन शायद ही कभी धीरे कदम है, जो स्थलीय कीड़ों के विपरीत है । पानी strider की पदानुक्रमित संरचना superhydrophobic राज्य है, जो संपर्क क्षेत्र में नाटकीय कमी और पानी और पैर6,7,8के बीच आसंजन बल renders स्थिर 9. हालांकि, पानी की सतह से पानी striders के त्वरित संलिप्तता के hydrodynamic फायदे खराब व्याख्या10,11,12।
पानी की सतह से कूदने की प्रक्रिया मुख्य रूप से तीन चरणों13,14,15,16में विभाजित है । सबसे पहले, पानी striders मध्य और पीछे के पैर के साथ पानी की सतह को पुश करने के लिए पानी की सतह ऊर्जा में जैविक ऊर्जा को बदलने के लिए अधिकतम गहराई है, जो कीट कूद दिशा और निर्धारित करने के लिए शुरू करने के लिए डूबने तक डूब अलग वेग । आरोही चरण के बाद, कीट अधिकतम वेग तक पहुँचने तक घुमावदार पानी की सतह के केशिका बल द्वारा ऊपर की ओर धकेल दिया है. अंतिम संलिप्तता चरण में, जल strider पानी की सतह से दूर तोड़ने तक जड़ता द्वारा वृद्धि करने के लिए जारी है, लेकिन वेग काफी हद तक पानी के साथ आसंजन बल के कारण कम है, जो की ऊर्जा की खपत पर प्रमुख प्रभाव पड़ता है पाणी strider. इसलिए, इस प्रोटोकॉल छुड़ाना चरण में अलग ले वेग पर आसंजन बल मापने के लिए और तेजी से चलती की विशिष्ट विशेषता की व्याख्या करने का प्रस्ताव है ।
पानी की सतह से पानी striders के आसंजन बल का पता लगाने के लिए कई अध्ययनों से किया गया है । ली और किम सैद्धांतिक रूप से और प्रयोग की पुष्टि की है कि आसंजन बल और ऊर्जा पानी strider पैर उठाने की आवश्यकता नाटकीय रूप से कमी आई जब संपर्क कोण १६० डिग्री की वृद्धि हुई17। पान जेन वेई ने TriboScope प्रणाली द्वारा आसंजन बल को मापने के लिए एक हीड्रास्टाटिक प्रयोग तैयार किया, जो उसके वजन १८के 1/5 पाया गया. Kehchih ह्वांग एक 2d मॉडल के साथ पानी से अलग पैरों की अर्ध स्थैतिक प्रक्रिया का विश्लेषण किया और पाया पैरों की superhydrophobicity आसंजन बल और ऊर्जा अपव्यय19को कम करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई । हालांकि, पिछले अध्ययनों में आसंजन बल की माप सिर्फ एक अर्ध स्थैतिक प्रक्रिया है, जो तेजी से कूद के दौरान आसंजन बल परिवर्तन की निगरानी करने में असमर्थ था की हालत में था ।
इस अध्ययन में, हम polyvinylidene फ्लोराइड (PVDF) फिल्म सेंसर और अन्य सहायक साधन का उपयोग कर एक गतिशील बल माप प्रणाली तैयार की । अन्य piezoelectric सामग्री के साथ तुलना में, PVDF उच्च संवेदनशीलता20,21,22के साथ गतिशील microforce को मापने के लिए अधिक उपयुक्त है । प्रणाली में PVDF फिल्म सेंसर को एकीकृत करके, वास्तविक समय आसंजन बल का पता लगाया जा सकता है और पैर पानी की सतह23,24,25से खींच रहा था जब कार्रवाई की ।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रोटोकॉल में, PVDF फिल्म संवेदक पर आधारित एक गतिशील बल मापन प्रणाली को सफलतापूर्वक तैयार किया गया था, इकट्ठा, पानी की सतह से दूर आसंजन बल मापने के लिए नपे । पूरे कदम के अलावा, यह महत्वपूर्ण है कि आसंजन बल…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखकों ने उनके समर्थन के लिए चीन के विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी मंत्रालय के राष्ट्रीय प्रमुख प्रौद्योगिकी अनुसंधान एवं विकास कार्यक्रम (No. 2011BAK15B06) का धन्यवाद किया । हमें वीडियो शूट पूरा करने में मदद करने के लिए हमारी प्रयोगशाला से एक मास्टर छात्र है जो Shuya झुआंग का शुक्र है ।
Materials
| PVDF film sensor | TE Connectivity | DT1-028K/L | The PVDF film sensor is used to sense the dynamic contact force . |
| Charge amplifier | Wuxi Shiao Technology co.,Ltd | YE5852B | The charge amplifier is an electronic current integrator that produces a voltage output proportional to the integrated value of the input |
| Data acquisition device | National Instruments | USB-4431 | The data acquisition device is used to read the voltage data. |
| Displacement stage | ZOLIXINSTRUMENTS CO.LTD | KSAV1010-ZF | KSAV1010/2030-ZF is a wedge vertical stage with high-resolution, high-stability and high-load. |
| CCD camera | Shenzhen Andonstar Tech Co., Ltd | digital microscope A1 | Frame rate: 30 frames/sec;Focal distance: 5mm – 30mm |
| Computer | Lenovo | G480 | |
| Servomotor | EMAX US Inc. | ES08MD | It's not bad this servo with speed varying from 0.10 sec/60° / 4.8v to 0.08 sec/60°/6.0v. |
| Mechanical Pipettes | Dragon Laboratory Instruments Limited | YE5K693181 | The pipettes cover volume range of 0.1 μl to 2.5 μl |
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