E34 Schlagfestigkeit

Thema

Die Stoßfestigkeit eines Insekts ist angesichts seiner geringen Körpergröße im Allgemeinen außergewöhnlich: Eine Ameise kann aus beträchtlicher Höhe fallen und den Sturz überleben, und ihre Fangkiefer, die bereits ein weiteres Modell dieses Systems darstellt, trifft mit beachtlicher Geschwindigkeit auf.

Die Hertzsche Stoßtheorie hingegen sagt sowohl die maximale Kraft als auch die Dauer dieses Hertzschen Kontakts voraus, der wiederum ein weiteres Modell dieses Systems darstellt, nun angewendet auf einen spezifischen dynamischen Stoß zwischen zwei elastischen Körpern.

Derselbe Restitutionskoeffizient dieses Insekts quantifiziert zudem, wie viel kinetische Energie bei diesem Stoß erhalten bleibt: Bei einem fallenden Insekt dämpft die Energiedissipation in seiner Kutikula, die bereits ein weiteres Modell dieses Systems darstellt, und in seinem Körper die Stoßkraft. Da die Kutikula des Insekts einen noch größeren Anteil dieser kinetischen Energie dissipiert, ist die auf das Insekt wirkende Stoßkraft folglich noch geringer.

Dieser Widerstand der Kutikula gegen Brüche bestimmt wiederum die maximale Größe des Defekts, den die Kutikula tolerieren kann, ohne dass sich ein Riss katastrophal ausbreitet.

Dieselbe sklerotisierte Kutikula, die bereits ein weiteres Modell dieser Struktur darstellt, besitzt im Gegensatz dazu eine eigene Struktur mit hoher Bruchfestigkeit, ähnlich der Struktur des Perlmutts eines vergleichbaren Weichtiers.

Daher ermöglicht dieses Modell mit seiner außergewöhnlichen Stoßfestigkeit angesichts der Körpergröße des Insekts dieser Fangschreckenkrebsart, die beim Aufprall auf Wasser entstehende Kavitationswelle – also genau diese Stoßwellengleichung – zu nutzen, um einen Druck zu erzeugen, der ausreicht, um einen vergleichbaren harten Panzer zu zerstören. Die Tatsache, dass diese Fangschreckenkrebsart eine noch intensivere Kavitationswelle erzeugt, bedeutet, dass der auf den harten Panzer ausgeübte Druck noch größer ist, wodurch die Stoßfestigkeit dieses Modells noch näher an ihre außergewöhnliche Grenze getrieben wird.

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