Физики объяснили режущую форму шипов розы

❋ 4.5

Форма шипов розы оказалась механическим компромиссом между режущей способностью и прочностью. Ученые из Дании с помощью силиконовых моделей выявили, что умеренно сплюснутые шипы лучше круглых рассекают мягкую ткань, но при этом не сгибаются и не сминаются под нагрузкой.

Физика

# Дания

# форма

# цветы

# шипы

# эксперимент

Шипы роз представляют собой выросты ее наружных тканей, не имеющие собственной проводящей системы. Поэтому их сравнительно легко отломить вместе с небольшим кусочком коры. Шипы обычно рассматривают как защиту от травоядных. Но конкретно у роз они могут выполнять и другую задачу. Шипы могут цепляться за соседние ветви и поддерживать длинные побеги. В сельском хозяйстве же шипы создают лишь сложности, поскольку травмируют работников и повреждают цветы, поэтому селекционеры пытаются выводить сорта без них.

Ранее ученые объяснили, как шипы образуются и почему не ломаются под нагрузкой. Они показали, что по мере развития в них накапливаются лигнин и защитные вещества, а их образование регулирует система, похожая на ту, что управляет развитием растительных волосков. Позднее ботаники исследовали шипы шиповника и обнаружили сочетание изогнутой формы, прочных клеточных стенок и внутренней структуры, распределяющей напряжение. Благодаря этому шип выдерживает нагрузку и остается надежным.

Однако применительно к розам таких научных работ не проводили. Как правило, иглы кактусов, колючки боярышника и большинство острых предметов в поперечном сечении близки к кругу. Такая геометрия хорошо подходит для прокалывания и одинаково сопротивляется изгибу в разных направлениях. Шип розы же заметно сплюснут и напоминает короткое изогнутое лезвие.

Ученые из Орхусского университета (Дания) предположили, что сплюснутая форма нужна не для прокола, а для движения вдоль мягкой поверхности. В этом случае острие должно одновременно цепляться, разрезать материал и не сгибаться под боковой нагрузкой. Исследование опубликовано в Journal of the Royal Society Interface.

Специалисты изучили форму 113 шипов роз 19 сортов. Ее описывали отношением ширины поперечного сечения к его толщине. Типичный шип оказался почти втрое шире, чем толще.

Чтобы доказать механический смысл такой геометрии, ученые изготовили искусственные шипы из эластичного силикона. Их сечение менялось от почти круглого до сильно вытянутого. Модели закрепляли на небольшом роботе и протаскивали через желатин, служивший аналогом мягкой ткани. Опыт имитировал ситуацию, когда животное задевает стебель или побег розы скользит относительно опоры.

Почти круглое острие хорошо сопротивлялось прямому нажиму, однако при движении вбок изгибалось по ходу движения. Оно не погружалось глубоко и, как правило, оставляло поверхностную царапину. Сплюснутая модель действовала иначе. Ее узкий край работал как лезвие, а широкая сторона сохраняла жесткость. Такое острие лучше рассекало желатин и могло надежнее за него цепляться.

При этом сильно вытянутые модели становились слишком тонкими, теряли устойчивость и сминались. То есть шип должен быть способен резать, обладать сопротивлением изгибу и быть устойчивым к смятию. Наиболее выгодным для этого оказался диапазон отношений ширины к толщине от двух до четырех. Именно в него попало большинство измеренных шипов настоящих роз.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.