Толстые или тонкие? Ученые определили обладателя самых прочных волос
Физики нашли научное объяснение тому, что волосы детей не рвутся даже от очень тугих косичек. Оказывается, несмотря на то, что волосы детей далеко не самые толстые по сравнению с некоторыми животными, именно они являются самыми прочными.
Группа ученых во главе с Вэнь Яном (Wen Yang) из Калифорнийского университета в Сан-Диего решила проследить, как соотносятся толщина объекта и его прочность. Для этого они измерили предел прочности волоса 13 различных млекопитающих (слона, медведя, жирафа, капибары и других). Результаты исследования опубликованы в журнале Matter.
В ходе исследования ученые отметили, во-первых, что все волосы имеют одинаковую структуру: они состоят из наружного слоя (кутикулы), обволакивающей более мелкие микроволокна. Это позволяет волосам оставаться устойчивыми к деформациям.
Интуитивно кажется, что чем толще объект, тем он прочнее. По такой логике волос слона, который толще человеческого в четыре раза, должен быть, как минимум, в несколько раз прочнее. Но оказалось совсем наоборот: чем толще волос, тем меньше предел его прочности.
Кроме того, ученые заметили, что обрыв толстых и тонких волос происходит по-разному. Так, место обрыва у толстых волос выглядит гладко и напоминает разрез. Тонкие волосы обрываются со сдвигом, как ломается ветка. Говоря о прочности человеческого волоса, ученые заметили, что за нее отвечает внутренняя часть. При попытке разорвать волос кутикула довольно легко повреждается, тогда как микроволокна отвечают за прочность волос.
Наиболее близкими по прочности и по характеру повреждений ученые назвали волосы лошади. Однако внешний вид кутикулы указывал на то, что волос рвется при применении меньшей силы по сравнению с человеческим. С другой стороны, как заметили авторы исследования, человек, предоставивший свои волосы для исследования, регулярно мыл голову с шампунем и кондиционером, тогда как лошадь пользовалась только речной водой.
Ученые выразили надежду, что их исследование поможет при создании прочного синтетического материала со схожей волосяной структурой.