โรงเรียนเกาะหมากน้อย


หมู่ที่ 4 บ้านเกาะหมากน้อย ตำบลเกาะปันหยี อำเภอเมืองพังงา
จังหวัดพังงา 82000
โทร. 0-76490157

พื้นผิว ทำความเข้าใจเกี่ยวกับแรงเสียดทานบนพื้นผิวช่วยอะไรได้บ้าง

พื้นผิว

พื้นผิว พื้นผิวไร้แรงเสียดทานโดยสิ้นเชิง สมมติพื้นผิวที่ไม่มีแรงเสียดทานอย่างสมบูรณ์ กี่ครั้งแล้วที่เราเห็นข้อความนั้นในวิชาฟิสิกส์ระดับมัธยมปลายของเรา ตอนนี้ต้องขอบคุณกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ ที่รู้จักกันในนามนักไตรโบโลจิสต์โอกาสในการกำจัดแรงเสียดทานระหว่างพื้นผิว 2 อันที่มีปฏิสัมพันธ์กันจึงกลายเป็นความจริงอย่างรวดเร็ว กำลังดำเนินการด้วยวิธีที่น่าสนใจเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ทีมนักวิจัยแห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ได้ศึกษาใบของต้นเหยือกที่กินเนื้อเป็นอาหาร

ซึ่งมีสันเขาระดับจุลภาคที่ดักชั้นของน้ำหวาน ที่เป็นของเหลวไว้ระหว่างใบ พื้นผิวลื่นมากจนแมลงที่เกาะอยู่บนใบไม้จะเลื่อนหลุด และตกลงไปในถุงทรงเหยือกน้ำลึก ซึ่งเอนไซม์จะกลืนกินพวกมันย้อนกลับไปที่ห้องแล็บ นักวิจัยได้จำลองความลาดลื่นของต้นเหยือกน้ำ โดยสร้างเครือข่ายแบบสุ่มของเสานาโนกันน้ำ และเส้นใยนาโนเคลือบเทฟล่อน จากนั้นแช่ไว้ในของเหลวที่อุดมด้วยฟลูออรีน ของเหลวก่อตัวเป็นชั้นระหว่างโครงสร้างนาโนป้องกันไม่ให้น้ำและวัสดุอื่นๆไหลระหว่างกัน

และสร้างพื้นผิวที่เกือบจะไม่เกาะติด พื้นผิวที่ไร้แรงเสียดทานช่วยอะไรคุณได้บ้าง พื้นผิวที่ทนทานต่อแบคทีเรีย แผ่นชีวะพรมของจุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรียหรือเชื้อราที่เติบโตติดกับพื้นผิวที่เป็นของแข็ง ก่อให้เกิดปัญหามากมายสำหรับผู้ให้บริการด้านสุขภาพ จากข้อมูลของสถาบันสุขภาพแห่งชาติ การก่อตัวของฟิล์มชีวภาพคิดเป็น 65 เปอร์เซ็นต์ของการติดเชื้อจุลินทรีย์ในมนุษย์ทั้งหมด คุณอาจคิดว่าการทำความสะอาดที่พิถีพิถันคือคำตอบของปัญหา

แต่แผ่นชีวะต่อต้านการขัดถูอย่างดื้อรั้น พวกเขายังมีแนวโน้มที่จะยักไหล่ผลของยาปฏิชีวนะ วิธีแก้ไขที่ดีกว่าคือการป้องกันไม่ให้แบคทีเรีย เกาะกับวัสดุพิมพ์ตั้งแต่แรก ฟิล์มชีวภาพเริ่มต้นชีวิตเมื่อจุลินทรีย์ที่ไร้กังวล 2 ถึง 3 ตัวลอยไปตามเคาน์เตอร์หรือเครื่องมือผ่าตัดแล้วติด ไม่ว่าจะด้วยวิธียึดเกาะของโมเลกุล รวมถึงโครงสร้างที่เรียกว่าพิลี เมื่อติดแล้วเซลล์กลุ่มเล็กๆนี้จะหลั่งสารโพลิเมอร์นอกเซลล์หรือ EPS ซึ่งทำหน้าที่เหมือนซีเมนต์เพื่อยึดเซลล์ให้อยู่กับที่อย่างถาวร

แต่ถ้าคุณสามารถขัดจังหวะกระบวนการติดได้ คุณก็สามารถหยุดการสร้างไบโอฟิล์มได้ นั่นคือสิ่งที่ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยนอตติงแฮม ในสหราชอาณาจักรได้ทำไว้ด้วยการเคลือบพื้นผิวของห้องปฏิบัติการ และอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น สายสวนด้วยอะคริเลตโพลิเมอร์ ซึ่งเป็นแบบเดียวกับที่ใช้ในอุตสาหกรรมพลาสติก นักวิจัยสามารถป้องกันไม่ให้แบคทีเรียที่บุกเบิกเข้าไปแตะที่นิ้วเท้าได้

ผลลัพธ์พวกเขาพบว่าความครอบคลุมของแบคทีเรียสแตปฟิโลคอคคัส ออเรียสลดลง 97 เปอร์เซ็นต์ ขวดเครื่องปรุงนอนสติ๊ก ในปี 1970 ไฮนซ์ได้สร้างแคมเปญโฆษณาทั้งหมดโดยใช้ซอสมะเขือเทศที่มีความหนาเป็นพิเศษ และเป็นมิตรกับการเสียดทาน แคมเปญนี้หยิบยืมเพลง แอนทิซิเพชันของคาร์ลี ไซมอน ซึ่งเห็นได้ชัดว่าอุตสาหกรรมบริการอาหาร ไม่คิดว่าของเสียจะคุ้มค่ากับการรอคอย ซอสมะเขือเทศ มัสตาร์ด มายองเนสและซอสบาร์บีคิวที่ไม่สามารถไหลออกจากขวดได้

หมายถึงสูญเสียรายได้ให้กับเจ้าของร้านอาหาร และครอบครัวที่พยายามเพิ่มงบประมาณร้านขายของชำ ซอสและน้ำสลัดที่ติดอยู่ประมาณ 453,592 กิโลกรัมถูกทิ้งในแต่ละปีทั่วโลก ตามรายงานของกลุ่มวิจัยเมืองพาราณสี ซึ่งเป็นทีมวิศวกรเครื่องกล รวมถึงนักเทคโนโลยีนาโนของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ จากนั้นมีปัญหาของฝาขนาดใหญ่ที่ต้องใช้เพื่อดึงเครื่องปรุงออกจากขวดบีบ การขจัดความจำเป็นในการใช้ฝาขนาดใหญ่เช่นนี้ จะช่วยลดปริมาณพลาสติกที่บรรจุลงในขวด 1 ขวด

ซึ่งสามารถกักเก็บผลิตภัณฑ์จากปิโตรเลียมได้ 25,000 ตันออกจากกระแสขยะในแต่ละปี ทีม MIT ที่คลั่งไคล้เครื่องปรุงเหมือนกันมีวิธีแก้ปัญหา เคลือบด้านในขวดด้วยวัสดุพิเศษที่ป้องกันไม่ให้ซอสมะเขือเทศ มายองเนส รวมถึงซอสชนิดอื่นๆติดกับ พื้นผิว สารเคลือบที่คล้ายกันส่วนใหญ่มีสารหล่อลื่นนาโน ที่คุณอาจไม่ต้องการให้กลืนกิน แต่ชาวเคมบริดจ์ได้พัฒนาวัสดุที่ปลอดภัยต่ออาหาร ซึ่งพวกเขากล่าวว่าไม่มีรสและไม่มีพิษ

พื้นผิว

พวกเขาเรียกมันว่าลิควิไกลด์และอธิบายว่ามันเป็นของเหลวที่มีโครงสร้างแข็ง แต่ลื่นเหมือนของเหลวทาด้านในของขวดเครื่องปรุงด้วยลิควิไกลด์ เรือดำน้ำ วิศวกรหมกมุ่นอยู่กับการออกแบบเรือดำน้ำมากกว่า 200 ปี แต่พวกเขาไม่สามารถขจัดปัญหาที่ก่อกวนมากที่สุด ปัญหาหนึ่งนั่นคือแรงเสียดทาน แรงที่ต้านการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า เมื่อน้ำเกาะที่ผิวตัวเรือด้านนอก จากการประมาณการบางอย่าง แรงเสียดทานของผิวหนังนี้คิดเป็นประมาณร้อยละ 65 ของการลากบนเรือดำน้ำ

ทางออกเดียวระบบดีดออกโพลิเมอร์ ในระบบดังกล่าวโพลิเมอร์จะถูกเก็บไว้ในถังแล้วขับออกทางพอร์ตต่างๆ ขณะที่เรือดำน้ำเคลื่อนที่ พอลิเมอร์ไหลผ่านพื้นผิวและลดปฏิสัมพันธ์ ของโมเลกุลของน้ำกับพื้นผิว น่าเสียดายที่ระบบยังเพิ่มน้ำหนักของเรือด้วย ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์อาจมีเคล็ดลับที่ดีกว่า เคลือบผิวเรือดำน้ำด้วยพื้นผิวที่ไม่เหนียวเหนอะหนะ ซึ่งผลิตจากนาโนเทคโนโลยีที่ปฏิวัติวงการ

วัสดุไม่ได้ดูพิเศษเป็นพิเศษเมื่อมองด้วยตาเปล่า แต่ถ้าคุณดูด้วยกล้องจุลทรรศน์ คุณจะเห็นว่ามันมีเข็มเล็กๆอยู่ห่างกันเพียงไม่กี่ล้านเมตร เข็มวางตัวบนพื้นผิวเทฟล่อนเหมือนชั้นหญ้า เมื่อน้ำกระทบวัสดุจะพบอากาศติดอยู่ตามช่องว่างระหว่างเข็ม และสิ่งนี้ทำให้วัสดุมีความลื่นอย่างมาก ซึ่งมีความเหนียวน้อยกว่าพื้นผิวเทฟล่อนทั่วไปถึง 99 เปอร์เซ็นต์โดยไม่ต้องใช้เข็มขนาดนาโน เรือดำน้ำที่เคลือบด้วยนาโนเทคโนโลยี จะมีแรงเสียดทานน้อยกว่ามากและต้องใช้เชื้อเพลิงน้อยกว่าในการขับเคลื่อน

และเสื้อกันฝนที่ทำจากวัสดุเดียวกันจะปกป้องคุณได้ดีกว่าเสื้อโค้ตกันฝน London Fog ที่แพงที่สุด ระบบการฉีดน้ำยาละลายน้ำแข็งสำหรับเครื่องบิน ปีกเครื่องบินให้แรงยกจำนวนมาก ตราบใดที่มันยังคงรูปร่างเหมือนโรงงาน อย่างไรก็ตามเคลือบปีกด้วยหิมะหรือน้ำแข็งบางๆ และคุณทำลายความสามารถในการรักษาเครื่องบินให้ลอยอยู่ในอากาศ ในความเป็นจริงจากการประมาณการบางอย่าง การสะสมตัวของน้ำแข็งสามารถลดการยกตัวได้มากถึง 25 เปอร์เซ็นต์

ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมลูกเรือภาคพื้นดิน และบนเครื่องบินจึงกังวลมากเกี่ยวกับการตกผลึก ระหว่างการเดินทางทางอากาศในฤดูหนาว วิธีที่พิสูจน์แล้วว่าเป็นการนำน้ำแข็งออก เกี่ยวข้องกับกลยุทธ์สามขั้นตอน ในขั้นตอนแรกการล้างน้ำแข็ง พนักงานภาคพื้นดินของสนามบินจะฉีดสารละลายไกลคอล และน้ำที่ร้อนบนปีกของเครื่องบิน สิ่งนี้จะละลายน้ำแข็งที่มีอยู่แต่ทำเพียงเล็กน้อย เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำแข็งใหม่ก่อตัวขึ้น

การดำเนินการนี้ให้สำเร็จต้องใช้ขั้นตอนการป้องกันการเกาะตัวเป็นน้ำแข็ง และของเหลวประเภทที่ 2 ซึ่งมีไกลคอลและสารเติมแต่งเพิ่มเติมเพื่อให้เกาะติดกับพื้นผิวปีกระหว่างบินขึ้น เมื่อเครื่องบินถึงระดับความสูงที่บินได้ ของเหลวจะมีประสิทธิภาพน้อยลง ในการต่อต้านกับหยาดน้ำฟ้าที่กลายเป็นน้ำแข็ง นักบินเจ็ทแก้ปัญหาด้วยการถ่ายเทความร้อนจากเครื่องยนต์ไปยังท่อที่ปีก นักบินของเครื่องบินขับเคลื่อนด้วยใบพัดอาศัยรองเท้าบูตยางที่พองตัว และยุบตัวเพื่อกระแทกน้ำแข็งออกจากปีกและหาง

แต่ถ้าคุณสามารถสร้างระนาบที่มีพื้นผิวเรียบ จนน้ำแข็งไม่ก่อตัวตั้งแต่แรกล่ะ นาโนเทคโนโลยีหลายประเภทอาจทำให้สิ่งนี้เป็นจริงในไม่ช้า นักวิทยาศาสตร์จากการวิจัยระดับโลกของ GE ซึ่งได้พัฒนาสารเคลือบพื้นผิวนาโนที่ไม่ชอบน้ำมากหรือกันน้ำ ซึ่งช่วยลดการยึดเกาะของน้ำแข็งบนพื้นผิวปีกได้อย่างมาก และทีมงานที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ทแคโรไลนา กำลังทดลองกับโพลิเมอร์ที่ไม่เกาะติด ซึ่งทำงานร่วมกับพื้นผิวที่ยืดหยุ่นได้ พอลิเมอร์ถูกนำไปใช้กับพื้นผิวเมื่อวัสดุยืดหยุ่นยืดออกเล็กน้อย สารตั้งต้นจะดึงโมเลกุลโพลิเมอร์เข้าด้วยกันในรูปแบบที่มีความหนาแน่นสูง ปีกเครื่องบินเคลือบด้วยโพลิเมอร์ที่ปราศจากแรงเสียดทาน ต้านทานการถูกเคลือบด้วยสิ่งใดๆแม้กระทั่งน้ำแข็ง

บทความที่น่าสนใจ : มีเกลันเจโล ทำความเข้าใจเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมอาคารมีเกลันเจโล

บทความล่าสุด