Дитяче волосся виявилося міцнішим за волосся капібари

Фізики вивчили волосся людей, слонів, капібар та інших ссавців і показали, що товщина волосся - не показник його сили. Всупереч очікуванням вчених, великий діаметр перерізу виявився швидше притаманним слабким волоссям, що пов'язано з механізмом розриву. Так, людське волосся виявилося міцнішим за волосся капібари, а найміцнішим виявилося волосся дитини, пишуть вчені в журналі.

Інтуїтивно ми вважаємо, що чим товще об'єкт, тим складніше його розірвати. Відповідно до такого уявлення, логічно було б припустити, що волосся більшого діаметру витримує великі напруги розриву. Так, волосся слона, який в чотири рази товщий волосся людини, повинен бути в кілька разів міцніше.

Група вчених на чолі з Вень Яном (Wen Yang) з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго виміряла межу міцності волосся 13 різних ссавців (слона, ведмедя, жирафа, капібари та інших), розірвавши їх, а потім вивчила місце розриву кожного волосся за фотографіями, зробленими скануючим електронним мікроскопом.

Виявилося, що волосся всіх досліджуваних тварин має однакову структуру: вони складаються з зовнішнього шару (кутикули), яка обволікає внутрішній стрижень волосся - він складається з безлічі дрібних волокон. Всередині кожного волокна, в свою чергу, знаходиться безліч ще більш дрібних мікрохвилин. Така структура дозволяє волосся бути стійким до деформацій.

Вчені виявили чіткий зв'язок між діаметром волосся і його силою: чим товще волосся, тим менше межа його міцності. Більше того, обрив товстого і тонкого волосся відбувається різними способами. Товсте волосся (діаметром понад 200 мікрометрів) має тенденцію до обриву в нормальному режимі: переріз розриву - досить гладка поверхня, схожа на розріз. Тонке волосся (діаметром менше 200 мікрометрів) обривається в режимі зсуву: їх переріз розриву схожий на слід зламаної вітром гілки. Вчені вважають, що це пов'язано з різним ставленням розмірів дефектів, що знаходяться на поверхні волосся, до його діаметру. Коли це відношення мало, розрив відбувається в нормальному режимі, і навпаки.

Нові механічні властивості волосся залежно від його діаметру, за словами авторів роботи, допоможуть вченим у галузі створення міцного синтетичного матеріалу зі схожою волосяною структурою.

Це не перша робота з вивчення властивостей волосся і можливостей їх застосування в інших сферах. Наприклад, у 2015 році дослідники з Університету Карнегі навчилися друкувати волосся на 3D принтері, а в 2018 році японські біологи змогли виростити волосся голої миші на силіконовому чіпі.