ההרצאה בנושא : חומר רך, מכתבי חרטומים ותקליטורים ועד הנדסת רקמות בחמד"ע

ב-22 לפברואר שמעתי הרצאה מאלפת מפי פרופ קליין, בחמד"ע במסגרת תרבות בחמד"ע

ההרצאה בנושא : חומר רך, מכתבי חרטומים ותקליטורים ועד הנדסת רקמות  בחמד"ע.

פרופ יעקב קליין בהרצאה. על השולחן, מעבדה שמטרתה עריכת נסוים תוך שיתוף הקהל.

המגנט על המבחנה, מעלה את החומר למעלה וגורם ליצירת מברשת

כדי לממש,המבחנה והמגנט הועברו לקהל לניסוי עצמי.

צוות מדענים, בראשות פרופ’ יעקב קליין מהמחלקה לחומרים ופני שטח במכון וייצמן הצליחו ליצור מערכת סיכוך חדשה  אשר מפחיתה את החיכוך לרמות דומות לאלה המתקיימות במערכות טבעיות. מרפקים טבעיים מכילים סחוס, שהוא חומר רך המסוגל לעמוד בלחצים אדירים ובחיכוך רב לאורך שנים. אבל, בסופו של דבר, עם הגיל, או כתוצאה מפעילות גופנית מופרזת, הסחוס נשחק והעצמות המתחככות גורמות סבל רב ומגבילות את התנועה.

למי שלא זוכר,אנטרופיה,גודל המשמש מדד למידת האי-סדר במערכת פיסיקלית רבת מרכיבים.  האנטרופיה משתנה לפי השינויים החלים במערכת; כאשר השינוי אינו נובע מהתערבות חיצונית, הוא יהיה תמיד בכיוון של גידול.
מה שאומר,כל מערכת מבודדת רבת מרכיבים, יהיו אופייה ומרכיביה אשר יהיו, מתפתחת בכיוון של גידול ברמת האי-סדר שלה.

אחד מחוקי הטבע הבסיסיים – החוק השני של התרמודינמיקה, הנותן לאנטרופיה מעמד מיוחד בין הגדלים הפיסיקליים – קובע כי במערכת מבודדת (שאין בה התערבות של גורם חיצוני), האנטרופיה לעולם לא תרד.
רוב הגדלים הפיסיקליים יכולים לגדול או לקטון, וכמה גדלים (כגון האנרגיה והתנע) נשארים קבועים במערכת מבודדת. האנטרופיה היא הגודל היחיד שיש לו כיוון אחד של שינוי, ומשמעות השינוי – גידול תמידי באי-סדר.

להמשך ההרצאה.

מטרת החוקרים היא לפתח מערכת סיכוך מלאכותית שתעמוד תחת לחץ רב כמו במפרקים של בני אדם.

מתיחת הגומייה ושחרורה. הויברציה יוצרת התקררות. ניסוי הגומייה מדגים את "התנהגות"  הפולימרים.


כל הקהל קבל גומייה לניסוי. שקית הגומיות שחזרה למרצה.

מפרק -הסיכה נמצאת בין שתי עצמות.

אחת הבעיות הגדולות בשימוש במפרקים מלאכותיים היא שהם אינם עומדים בלחץ ובחיכוך.

מה עושים בהחלפת מפרק שבור.

המחקר שביצעו מדעני מכון ויצמן למדע עשוי לסייע בפיתוח דרך מתקדמת להתגברות על הקושי בסיכוך ועמידה בלחץ .

בהרצאה המאלפת, הדגים פרופ' קליין את הדרך שהביאה להבנה שאפשר מבנים פולימריים שיפתרו את הבעיה.  המחקר החשוב התפרסם בירחון המדעי החשוב סאיינס   SCIENCE .

הפולימרים הרכים של פרופ' קליין מורכבים ממולקולות הבנויות כשרשראות מולקולאריות ארוכות המורכבות מרצף "חרוזים" של מולקולות קטנות יותר.

שרשרת

השקף מסביר.

 השקף מתאר

שקף נוסף

 ללא שינוי בחום

תחילת ההסבר על ייצור הדיו ששימש את המצרים.

ההסבר על ייצור הדיו

הדיו במבחנה


הצנטריפוגה העתיקה עדין עובדת.

 פרופ' קליין מדגים את תכונות הפולימר


פרופ יעקב קלין מדגים כתיבה בדיו עתיק

עוד הדגמה

פרופ קליין מדגים יצירת פולימר

פרופ קליין מסביר על פולימר ותנועתו

פרופ קליין מסביר על התנהגות הפולימר ותנועתו הנחשית

פרופסור קליין חיבר שרשרות כאלה למערכת הסיכוך החדשה בצורה הדומה למברשת.


מברשות פולימריות אחת מול השנייה

תרשים המציג את שני המשטחים המקבילים.

פולימר, הדגמה

המפרק המלאכותי בנוי כמו שתי מברשות הפונות זו מול זו. אבל בניגוד למברשות אמיתיות, שבהן הסיבים מפריעים לתנועה, הזיפים המולקולאריים מתכופפים, דוחים זה את זה ומפחיתים את החיכוך. ככל שהלחץ גדל, גדלה גם הדחייה ההדדית.

בנוסף, המולקולות המרכיבות את הפולימר "צמאות" למים. על אף שמדובר במולקולות ניטרליות מבחינה חשמלית, אזורים שונים שלהן טעונים במטען יחסי, חיובי ושלילי. הודות לכך, הן מושכות מולקולות מים שגם הן טעונות באותו אופן.  מולקולות המים מקיפות את יחידות הפולימר ונקשרות אליהן בחוזקה. המבנה הנוצר,של שרשרות פולימר עטופות במולקולות מים, פועל כמו מיסב כדורי זעיר.

סיכה ע"י שכבות מים

המולקולות הקשורות למים – כמו אלה – מספקות רמה גבוהה ביותר של סיכה, והשרשרות האחוזות בחוזקה עמידות מאוד לחיכוך וללחצים גבוהים. כך הן אינן נשחקות, אומר פרופ’ קליין  “השילוב החדש שיצרנו, בין תכונות מועילות שונות, אפשר לנו להפחית את רמות החיכוך, גם בלחצים גבוהים יותר מכל מה שניסו בעבר במערכות סיכה מלאכותיות. ערכי החיכוך שקיבלנו במערכת המלאכותית שיצרנו דומים לאלה המתקבלים במפרקים טבעיים".

פרופ קליין מוסיף ואומר, "חלק מהצלחת המחקר נזקף לזכות השימוש שעשו המדענים במכשירים רגישים ביותר למדידת חיכוך שתוכננו ונבנו לראשונה בקבוצתו של פרופ’ קליין במכון ויצמן למדע".
הציוד המתקדם אפשר לזהות מנגנוני סיכוך חיכוך שלא היו ידועים בעבר.

חיכוך הוא הגורם הראשון במעלה לאי היעילות של כל מכונה שהיא.

חומרי  הסיכה התקניים, המהווים את קו ההגנה הראשון נגד חיכוך, מכילים בדרך כלל מולקולות קטנות היוצרות קרומים אורגניים דקים בעת החיכוך, ויעילותם מוגבלת.  במכון ויצמן הושלמו זה עתה ניסויים בהם הושגה אפשרות להקטין את כוח החיכוך פי אלף ויותר. המחקר התבצע על ידי צוות בראשותו של פרופ יעקב קליין מהמחלקה לחומרים ופני שטח.

המחקר החדש חשף טכניקה שונה לחלוטין, המבוססת על "מברשות" מולקולאריות .

מברשות אלו נוצרות בעקבות הצמדה של שכבת מולקולות פולימריות לשני משטחים חלקים, הנדחסים יחדיו באופן שיגלשו זה על פני זה בתוך הנוזל. המולקולות נקשרות למשטחים מצדן האחד בלבד ומזדקרות לתוך הנוזל, בדומה לשערות של "מברשת ", ומכאן הכינוי.

החוקרים מייחסים את ההקטנה הגדולה בחיכוך לעובדה שהמברשות הפולימריות חודרות זה לתוך זו רק במידה קלה ביותר, אפילו בעת שהן נדחסות יחדיו בעוצמה רבה, כך ששני המשטחים למעשה "צפים" האחד על השני. כתוצאה מכך שטח המגע ביניהן מוסיף לשמור על נוזליות רבה והן מחליקות בקלות זו על פני זו.

בניגוד למערכות סיכה מסורתיות – המבוססות על שימוש בשמנים. גישה חדשה זו עשויה להוביל לפיתוח שיטות לייצור מפרקים מלאכותיים להשתלה וכן לפיתוח מערכות רפואיות המוגבלות כיום על-ידי חיכוך ובלייה. מחקר זה עשוי גם להציע תובנות חדשות ולחשוף את סודותיו המקצועיים של הטבע באשר לדרכי הפעולה של המנגנונים המולקולאריים העומדים בבסיס יכולת הסיכה הטבעית של הסחוס במפרקים.

פרסום בניטשר

פרס נובל בפיזיקה 1991

 פרס נובל 1997

פרופ קליין מדגים השפעה של חום

תודה לכל מי שתורם לתרבות המדע לקהל הרחב.

תודה לד"ר איתן קריין מנהל תכנית תרבות בחמד"ע .

(המרכז לחינוך מדעי בתל אביב) על עזרתו.

תודה לד"ר שמואל מסוט  על הצילומים שהעביר לי.

אתי

מודעות פרסומת

2 מחשבות על “ההרצאה בנושא : חומר רך, מכתבי חרטומים ותקליטורים ועד הנדסת רקמות בחמד"ע

    • ההרצאות מרתקות, הם מביאים את טובי המרצים בארץ שווה לבוא לשמוע. יש הרצאות חינם שמתאימות גם לנוער במכוון. כי זה בית ספר מיוחד למחוננים.
      ויש גם קורסים פעם בשבוע מ-7-9 שבאים אליהם מכל הארץ. ממתינה לשנת הלימודים הבאה.
      זה קרוב לבית ויכולה להגיע ברגל. ממש כף .
      הקורסים בעלויות של 8 הרצאות 480 ש"ח מיטב המוחות. שווה תאמיני לי..
      http://www.hemda.org.il/

יום נפלא

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת גוגל פלוס

אתה מגיב באמצעות חשבון Google+ שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

מתחבר ל-%s