Исследователи выяснили, как растения выдерживают удары дождя, сравнимые по силе с боулингом

Дождевые капли бьют по листьям с силой шара боулинга, но листья успешно «держат» удар. Ученые выяснили, как гибкие поверхности гасят такие воздействия, что может привести к созданию новых технологий — от энергетики до агросистем.

Исследование может помочь ученым понять, как дождь проникает сквозь лесной полог, или как формируется строение растения

Источник: Freepik

Используя высокоскоростную фотографию, исследователи Корнеллского университета одновременно регистрировали вибрации пластиковой балки и деформацию капли воды при ударе, чтобы всесторонне изучить динамику этого процесса. Результаты научной работы были опубликованы в Physical Review Fluids.

Сунхван Джунг, ведущий автор исследования и профессор биологической и экологической инженерии, образно сравнил пластину с трамплином. Он объяснил механизм так: при ударе капли гибкая поверхность прогибается вниз, в то время как капля вытягивается вверх. Затем, когда поверхность возвращается в исходное положение, капля продолжает давить вниз. Такое встречное движение — балки вверх, капли вниз — создает мощный демпфирующий (гасящий) эффект, который существенно снижает вибрацию. Это крайне выгодно для растений, поскольку позволяет им выдерживать удары дождевых капель без повреждений.

Меньше вибраций и быстрое восстановление после физических воздействий продлевают жизнь растений и снижают стресс

Источник: Unsplash

В работе также рассматривается необъясненное ранее явление: анализ колебаний пластиковых балок (лучей) из поликарбоната различной длины позволил выявить резонансные эффекты. В частности, исследователями наблюдалось увеличение деформации капли и более интенсивное демпфирование (искусственное подавление) колебаний пластиковых балок. Как отметила Кристал Фаулер, ведущий автор, эти эффекты связаны с возникновением резонанса. Он возникает, когда собственная частота колебаний пластиковой балки совпадает с собственной частотой колебаний капли, что приводит к усилению взаимодействия между ними.

Это исследование может помочь создавать устройства, которые будут собирать электричество из дождевых капель. Для этого пластиковую балку нужно заменить на пьезоэлектрический материал, который вырабатывает ток под давлением.

Кроме того, способность растений быстро гасить вибрации от ударов или восстанавливаться после них значительно уменьшает напряжение и продлевает их жизнь. Полученные данные пригодятся во многих областях — от изучения того, как дождь переносит споры, до улучшения способов орошения полей в сельском хозяйстве.

Ранее мы рассказывали об исследователях, которые разгадали тайну солнечного дождя.