D22 Kontrollierte Startversuche

Thema

Die Haftkraft eines Insekts oder eines einzelnen klebrigen Pilzes lässt sich dank kontrollierter Ablösetests unter perfekt reproduzierbaren Bedingungen quantifizieren: Die Voreinstellung von Last, Ablösegeschwindigkeit, Zugwinkel und Umgebungsfeuchtigkeit gewährleistet die Vergleichbarkeit aller Testwiederholungen. Die Befestigung des lebenden Insekts oder des isolierten Pilzes auf einem hochauflösenden Kraftsensor ermöglicht die Aufzeichnung der Kraft in Abhängigkeit vom Weg während des gesamten Annäherungs- und Ablösevorgangs. Für diesen kontrollierten Ablösetestaufbau existieren zwei grundlegende Protokolle zur Untersuchung der Haftkraft in verschiedenen Richtungen: der Standard-Ablösetest, bei dem der Sensor den Pilz senkrecht nach oben zieht und die maximale Kraft misst, die zum vollständigen Ablösen von der Oberfläche erforderlich ist, und der Schertest, bei dem der Pilz seitlich über die Oberfläche gleitet und der Widerstand des Kontakts gegen diese Gleitbewegung gemessen wird.

Die Ergebnisse des Standard-Ablösetests und des Schertests stehen nicht in einem unabhängigen Verhältnis zueinander, sondern werden durch einen spezifischen Haftreibungskoeffizienten des Kontakts beschrieben, der bei Insektenpilzen typischerweise größer als eins ist. Dies führt dazu, dass die Tangentialkraft, die dem seitlichen Gleiten entgegenwirkt, größer wird als die Normalkraft, die der vertikalen Trennung entgegenwirkt – ein Verhalten, das dem der herkömmlichen Trockenreibung zwischen zwei starren Oberflächen entgegengesetzt ist.

Um den gesamten Bereich zwischen diesen beiden Extremrichtungen – reiner Scherung und normaler Trennung – kontinuierlich zu untersuchen, wird der von Kendall vorgeschlagene Schältest mit variablem Winkel verwendet. Dabei wird der Pilz unter einem Zugwinkel von der Oberfläche abgezogen, der von reiner Scherung bis hin zu vollständig normaler Zugbelastung variiert. Mit zunehmendem Zugwinkel steigt auch die zum Aufrechterhalten der Trennung erforderliche Schälkraft. Die genaue Art und Weise, wie diese Schälkraft mit dem Winkel zunimmt, gibt direkt Aufschluss über die Adhäsionsenergie des Kontakts. Diese Größe quantifiziert, wie viel Energie benötigt wird, um eine Flächeneinheit im Kontakt zu trennen.

Wenn der Kontakt zwischen dem Pilz und der Oberfläche zu stark verformt wird oder sein Verhalten nicht mehr proportional ist wie in den einfachsten Fällen, reicht die im Schältest ermittelte Adhäsionsenergie nicht mehr aus, um die tatsächliche Stärke des Kontakts zu beschreiben. Stattdessen wird eine allgemeinere Größe, das sogenannte J-Integral, verwendet, das die Haftfestigkeit des Kontakts unabhängig von der spezifischen Geometrie des Tests misst. Mit dieser Testreihe und den komplementären Messgrößen lässt sich die Haftfestigkeit von Insekten unter kontrollierten Bedingungen reproduzierbar charakterisieren, wodurch die Haftung verschiedener Arten, Pilze und unter verschiedenen Umweltbedingungen präzise vergleichbar wird.

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