Sexl Physik 8, Schulbuch

Maßgeschneiderte Materialien In diesem Kapitel erfährst du, − − etwas über Konstruktionen der Natur und wie Techniker/innen diese übernehmen, sie weiterentwickeln und den menschlichen Bedürfnissen anpassen, − − was Miniaturisierung bedeutet. Eine Reise in die Mikro- und Nanowelt zeigt, welch verblüffende Möglichkeiten sich aus der Forschung in diesen Bereichen ergeben. − − welche physikalischen Grenzen der Miniaturisierung gesetzt sind. 2 2.1 Die Natur als unsere Lehrmeisterin  Die menschliche Haut und ihre Eigenschaften Die Haut unseres Körpers ist mit ca. 2m 2 unser größtes und mit etwa 16% des Körpergewichtes bei normalgewichtigen Menschen unser schwerstes Organ. Sie grenzt das Körperinnere von der Außenwelt ab. Je nach mechanischer Bean- spruchung ist sie an den verschiedenen Körperteilen verschieden dick. Sie be- steht aus drei Schichten. Die Oberhaut (Epidermis), die Lederhaut (Corium) als mittlere Schicht und als innere Schicht die Unterhaut (Subcutis) sind unter- schiedlich aufgebaut und erfüllen verschiedene Aufgaben: Die Haut dient als mechanischer Schutz, zur Speicherung von Reservestoffen, sie reguliert den Wasser- und Temperaturhaushalt des Körpers, absorbiert Licht und UV-Strahlen und ist unser größtes Sinnesorgan.  Untersuche, überlege, forsche: Die menschliche Haut 106.1 W 1  Wiederhole den genauen Aufbau und die Eigenschaften der einzelnen Hautschichten. Überlege, welche Funktionen diese jeweils für den Körper über- nehmen. Konstruktionen der Natur – Eigenschaften von Materialien Im Laufe der Evolution mussten sich Tier- und Pflanzenarten immer wieder einer wechselnden Umwelt anpassen. Dabei entstanden Strukturen (z. B. Knochen) und Konstruktionen (z. B. Spinnennetze), die ihren jeweiligen Zweck mit möglichst ge- ringem Energie- und Materialaufwand erfüllen. An den Baumeisterleistungen von Pflanzen und Tieren, deren Konstruktionen oft unübertroffen sind, können sich Architektinnen und Architekten orientieren. Nicht nur Gewicht sparende Bauweise ist in der Natur gefragt, die Materialien müssen auch stabil und haltbar sein und Druck- und Zugkräften standhalten. Außerdem sind alle Materialien und Werkstoffe der Natur wiederverwertbar . Spinnenseide vereint mehrere Eigenschaften: Maßstabsgetreu betrachtet ist sie fester als ein Stahlseil (ein Spinnenfaden von Bleistiftdicke würde einen Jumbojet bei vollem Schub festhalten), dehnbarer als Nylon und zudem wasserfest – ein „Wunderfaden“, der für die Industrie ungeahnte Möglichkeiten schaffen kann (Herstellung von künstlichen Gelenksbändern, Sehnen, Nahtmaterial bei Wunden, Drahtseilersatz bei Hängebrücken, Fallschirme, hauchdünnes Verpackungs­ material, reißfestes Papier usw.). Seine Stabilität erhält der dünne Faden durch lange Eiweißketten, Seidenproteine, die in einer unstrukturierten Trägermasse „schwimmen“. Zuckermoleküle an der Oberfläche gewährleisten die notwendige Feuchtigkeit. Unter dem Elektronenmi- kroskop kann man erkennen, dass ein Haltefaden aus mehreren Einzelsträngen besteht, was die enorme Reißfestigkeit teilweise erklärt. Doch die genaue Erfor- 106.2 Eine neuartige Mensch-Maschinen- Schnittstelle nach tierischem Vorbild: Sensibel wie ein Elefantenrüssel dient dieser Arm als präzises Greifwerkzeug. Er ermöglicht eine ge- fahrlose maschinelle Unterstützung in der Montage von Produkten, ebenso wie in der Medizintechnik. 106.3 Der Aufbau eines Spinnennetzes ist beachtenswert. Dickere und dünnere Fäden sind mit kleinen Leimtröpfchen versehen, an denen die Beutetiere kleben bleiben. 106.1 Menschliche Haut, Haihaut und ein Versuch, Haihaut nachzubilden und für den jeweiligen Zweck (z.B. als Anstrich für Schiffe) zu verbessern. ?  Wie wird versucht, die Eigenschaften von natürlichen Geweben künstlich zu erzeugen?  106 VERTIEFUNG UND WIEDERHOLUNG Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv