Чому білий ведмідь не мерзне?

Чому полярник навіть в сучасному теплоизолированном приміщенні змушений перебувати в теплому одязі, а білий ведмідь, який розгулює по морозу весь день, зовсім не мерзне? Адже хутро у нього тонкий - всього лише п'ять сантиметрів в товщину! Нещодавно вчені знайшли відповідь на це питання - виявляється, справа не в товщині утеплювача, а в його структурі.

Слід зауважити, що питання про те, чому білі ведмеді, маючи досить маленький теплоізолюючий шар (їх хутро не настільки густий і щільний), проте спокійно витримують арктичні температури, турбував учених давно. І справа тут явно не в рясної жировому прошарку під шкірою - до кінця зими у ведмедя її практично зовсім не залишається, але звір при цьому навіть не думає мерзнути. Швидше за все, справа в якихось не зовсім поки зрозумілих людям принципах теплоізоляції, вивчивши які, ми змогли б створити таку речовину, найтонший шар якого зміг би врятувати нас навіть в найбільш люті холоди.

І ось недавно група вчених з Бельгії та Марокко на чолі з Присциллой Симонис, що представляє Намюрскій університет (Бельгія), вирішили спробувати розгадати цю загадку природи. Спочатку дослідники провели ряд експериментів, в результаті яких з'ясували, що постійна температура ведмедів не падає навіть при довгих зимах з мінус 40 градусами за Цельсієм. І це при товщині хутра всього лише п'ять сантиметрів! Уявити собі, що подібна тонка вовняна верхній одяг зможе так само ефективно протистояти холодів, практично неможливо. І утеплювачі, які використовуються при будівництві будинків, - теж.

Читайте також: "Дишашіе будинку" заощадять електроенергію

"Чому нам потрібно як мінімум 60 сантиметрів мінеральної вати або скловати для того, щоб підтримувати 20 градусів при температурах близько міну п'яти? І чому хутро полярного ведмедя краще, ніж те, що ми розробляємо для утеплення будинків?" - патетично запитує доктор Симонис, провідний автор дослідження. При цьому вона додає, що шар утеплювача товщиною в 60 сантиметрів по периметру - в більшості випадків абсолютно неймовірна цифра, яка на практиці для тих же стін рідко виконується, зазвичай шар утримує тепло речовини набагато товщі.

Для того щоб розгадати загадку хутра білого ведмедя, вчені почали з азів: вони згадали, як саме тепло може залишати якесь тіло. Відомі два способи замерзнути: за допомогою радіації, коли охолодження йде за допомогою випромінювання електромагнітних хвиль інфрачервоного діапазону, і з передачею коливань атомів і молекул нагрітого тіла довколишніх більш холодним. Вважалося, що при останньому способі йде більше тепла, тому стандартний спосіб відтворення природних матеріалів, що утеплюють в процесі еволюції враховує в основному його. Саме тому в вовняному і пір'яний покрив багато повітряних порожнин. Завдяки їх наявності молекули й атоми твердого тіла (а організм можна прирівняти до такого) будуть віддавати тепло набагато більш розрідженому повітрю, чому тепловтрати сильно утруднився. На основі цього ж принципу людина створила і штучні утеплювачі з пінопласту і скловати.

Однак дослідники з групи доктора Симонис припустили, що, можливо, традиційні моделі не точні тому, що вони недооцінюють важливість радіаційного способу втрати тепла. І для того щоб довести це припущення, вони самі змоделювали процес теплопереносу радіацією в умовах, що перешкоджають поширенню інфрачервоного випромінювання, намагаючись при цьому відтворити реальну ситуацію з хутром тварин, в якому окремі волокна не дають вільно віддалятися інфрачервоним електромагнітних хвиль від тіла в навколишній простір ( тобто є своєрідними "пастками ІК-випромінювання").

В результаті з'ясувалося, що коли при побудові такої моделі використовувалися захисні шари з поглинанням, характерним для чорного тіла, ефективність хутра була порівняно невисокою. Зробивши ж захисні шари світлими, вдалося домогтися різкого падіння перенесення тепла. В цілому, побудована дослідниками модель призводить до очевидного, здавалося б, висновку: що повторюється розсіювання інфрачервоного випромінювання між численними шарами, що перешкоджають поширенню радіації, пригнічує процес охолодження нагрітого тіла і нагрівання близько розташованого холодного.

На думку доктора Сімоніус, є велика ймовірність того, що насправді такий механізм в теплоізолюючих властивості хутра і пір'я може бути важливіше, ніж блокування інших шляхів теплопереносу. І саме тому його розвиток і було підтримано еволюцією у тих живих істот, які постійно мешкають в дуже прохолодних місцях нашої планети. Крім того, така структура хутра і пір'я не тільки розсіює далеке ІЧ-випромінювання, але і робить те ж саме з видимим світлом, що змушує полярних тварин виглядати білими в видимому діапазоні, додаючи до прекрасної теплоізоляції ще й ефективний камуфляж.

Читайте також: Муха підказала ідею скафандра

Ну, а раз це зробила природа, то і людям слід було б застосувати подібний спосіб створення утеплюють в своєму побуті - наприклад, включити до складу звичайних утеплювачів незвичайні багатошарові компоненти з високою здатністю, що відображає (це можуть бути деякі метали). Ну, а найкращою формою для таких утеплювачів може виявитися якраз "хутряна" структура, де замість рознесених шарів будуть використані різні ниткоподібні освіти. За допомогою таких ультратонких штучних матеріалів можна буде домогтися куди більш ефективної теплоізоляції, ніж та, що забезпечують пінопласти і скловата ...

Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"