Anizotropie

Anizotropie jablka

V literatuře se můžeme dočíst následující hypotézu: „Biologické materiály jsou běžně anizotropní, proto se jejich mechanické vlastnosti liší podle orientace, ve které je testujeme.“

Ověřme tuto hypotézu jednoduchým pokusem – proveďme klínovou zkoušku pevnosti jablka. Nejprve z jablka vykrojte několik krychliček o hraně asi 1 cm. Zapamatujte si, která ze stěn krychličky byla rovnoběžná s osou symetrie jablka. Tento směr označíme za radiální (a). Směr k němu kolmý (podélně se stopkou) bude tečný (b).

Vezměte dřevěný klínek s úhlem 30° nebo si takový klínek vytiskněte na 3D tiskárně (viz model ke stažení). Přes elektronický siloměr tlačte na klínek tak dlouho, až se vám podaří kostičku rozdělit na dvě části. Zaznamenejte průběh měřené síly a zapište její hodnotu při rozdělení vzorku. Stejný experiment proveďte pro směr tečný. Výsledky porovnejte.

Otázky:

1. Jsou výsledky měření pro směr tečný a radiální různé? Jak velmi se liší?
2. Můžete na základě svého měření hypotézu potvrdit, nebo naopak vyvrátit?
3. Podívejte se na strukturu jablka v optickém mikroskopu. Můžeme podle uspořádání buněk usoudit na mechanické vlastnosti jablka?
4. Liší se výsledky různých druhů jablek?

Poznámky pro učitele

Měření je nutné opakovat, výsledky jsou poměrně rozkolísané. Přesto lze v krabicovém grafu vysledovat zřetelný rozdíl mezi jednotlivými směry.

Anizotropie papíru

Vezměte obyčejný kancelářský papír, nebo noviny, nebo plakát. Aby bylo jasné, že půjde o stejný papír, rozdělte ho nůžkami na polovinu.

Poté zkuste jednu i druhou polovinu papíru přetrhnout na polovinu a pak opět na polovinu a tak dále, ale trhejte vždy ve stejném směru jednu polovinu původního papíru a ve směru kolmém druhou polovinu papíru. Ve výsledku byste měli natrhat proužky. Trhejte na jeden zátah a raději naslepo (zavřete oči), abyste neovlivňovali směr.

1. Jaký je důvod, že papír můžeme trhat v jednom směru výrazně lépe než ve druhém?
2. Ověřte své tvrzení trháním ručního papíru.

Poznámky pro učitele

V jednom směru se vám podaří natrhat pěkné proužky, v druhém směru se bude trhlina v papíru snažit uhýbat šikmo.

Čím je to dáno? Opět strukturou vzniklou při výrobě. Dnešní papír vzniká strojově, kdy papírová vláknitá hmota natéká na odvodňovací síta v jednom směru a poté putuje mezi sušicí válce. Ve kterém směru vámi roztržený papír putoval mezi válce? Odvodňovací síta se pohybují a vlákna papíroviny se na nich usazují ve směru jejich otáčení. Proto se i papír snadněji dělí převážně v tomto směru.