Tuleň - super izolácia

Tulene využívajú na udržanie tepla tukovo-vzduchuchovú izoláciu.

Čo môžeme urobiť pre to, aby sme sa zahriali, keď je zima? Nie sme jediní, ktorí chcú zostať v teple.

Zvieratá majú základné štyri stratégie na udržanie teploty (ktoré rôzne a v rôznom pomere spolu kombinujú).

1. ​Jašterice a motýle sa vyhrievajú na slnku (využívajú najmä vonkajšie teplo).
2. Niektoré druhy, ako napríklad veľký biely žralok (a my ľudia), si vytvárajú najviac tepla vnútorne.
3. Iné, ako napríklad tučniaky, majú vo svojej srsti alebo v perí zachytené vzduchové vrecká, ktoré fungujú ako "nárazník" pred chladom. 
4. A nakoniec, niektoré sú pokryté vrstvou prirodzenej izolačnej vrstvy, ktorá výrazne spomaľuje straty tepla z tela, ako napríklad tuk, ktorý chráni tulene a veľryby pred chladom.

Výskumníci skombinovali posledné dve stratégie, aby vytvorili umelý "blubber" (hrubá vrstva tuku pod kožou veľrýb, tučniakov a plutvonožcov) na vytvorenie lepších potápačských oblekov. Ako to, že tuleň nezmrzne? Prečo sú tulene pokryté chvejúcim sa tukom (blubberom)? Aby sme to zistili, môžeme si vyrobiť tukovo-bublinkovú rukavicu.

Sami zistíte, aký dobrý izolant je tuk. Pomôcky:

• niekoľko tenkých igelitových vreciek
• mäkký margarín izbovej teploty
• lavór alebo vedro
• kocky ľadu, lyžice
• gumičky do vlasov alebo špagát okolo zápästí
• stopky

Kroky aktivity:

1. Pomocou lyžice naberte margarín do igelitového vrecka.​
2. Jednu ruku vložte do ďalšieho plastového vrecka. Použite ľavú ruku, ak ste pravák, a pravú ruku, ak ste ľavák.
3. Na vrecko rozotrite hrubú vrstvu margarínu. Teraz vložte túto ruku do vrecka, ktoré už obsahuje margarín, a uistite sa, že margarín pokrýva vašu ruku. Toto je vaša „tuková rukavica“.
4. Poproste pomocníka, aby vrecká upevnil gumičkami tak, aby sa nemohli odlepiť (nie príliš pevne!). Na druhú ruku si nasaďte 2 prázdne plastové vrecká a tiež ich upevnite​.
5. Naplňte lavór (alebo vedro) studenou vodou a kockami ľadu.​
6. Do ľadovej vody vložte obe ruky. Dbajte na to, aby sa voda nedostala do vrecúšok. Odmerajte čas, ako dlho môžete držať každú ruku vo vode, kým to začne byť nepríjemné. ​

Na ruku, na ktorej nemáte rukavicu z tuku, si nasaďte vlnenú alebo vypchanú rukavicu. Udržujte ju v suchu pomocou plastového vrecka. Dokážete udržať ruku vo vode dlhšie ako len so samotným vreckom? Čo je lepší izolant, tuk alebo rukavica z látky?​

Margarín je tuk, ktorý izoluje a udržiava teplo z vašich rúk vo vrecku. Zvieratá, ktoré žijú vo veľmi chladnom prostredí, majú pod kožou hrubú vrstvu tuku nazývanú "blubber", ktorá udržiava ich telo v teple. Kabát alebo prikrývka udržiava vaše telo v teple tým, že zachytáva teplo, ktoré vaše telo vytvára. Rovnakým spôsobom tuk zachytáva teplo, ktoré produkuje telo zvieraťa, a zabraňuje studenej vode, aby mu odoberala teplo. Takto si zviera udržiava teplo, aj keď je voda okolo veľmi studená.

Podrobnejšie vysvetlenie

Blubber je špecializovaný druh tuku, ktorý sa nachádza v koži morských cicavcov, ako sú tulene, veľryby a delfíny. Slúži ako dôležitý izolant, ktorý týmto živočíchom umožňuje udržiavať stabilnú telesnú teplotu v chladnom oceánskom prostredí. Blubber poskytuje izoláciu viacerými spôsobmi:

• Tepelná vodivosť: tuk je slabým vodičom tepla, čo znamená, že teplo z neho ľahko neuniká. Táto vlastnosť pomáha zadržiavať teplo vo vnútri tela zvieraťa a zabraňuje jeho stratám do okolitej vody.
• Hrúbka: blubber je zvyčajne hrubý niekoľko centimetrov, čo predstavuje značnú izolačnú vrstvu. Hrúbka vrstvy blubberu sa môže líšiť v závislosti od druhu zvieraťa, prostredia, v ktorom žije, a ročného obdobia.
• Prietok krvi: krvné cievy vo vrstve brucha pomáhajú regulovať tok tepla do tela a z tela zvieraťa. V chladnom prostredí sa cievy zužujú, čím sa znižuje prietok krvi a šetrí sa teplo. V teplejšom prostredí sa cievy rozširujú, čím sa zvyšuje prietok krvi a teplo uniká von.

Vďaka týmto stratégiám dokážu morské cicavce prežiť v chladnom oceánskom prostredí.

Vďaka neoprénovej kombinéze inšpirovanej tuleňom dokáže človek vydržať vo vode s teplotou 10 stupňov Celzia až 2-3 hodiny (bez kombinézy maximálne 1 hodinu). To je užitočné pre ľudí, ktorí vykonávajú údržbárske práce v studenej vode, alebo pre potápačov, ktorí potrebujú zachraňovať ľudí.

Väčšina potápačských oblekov je vyrobená z neoprénu, syntetickej gumy, ktorá pripomína hustú penu s množstvom malých vzduchových vreciek. Tieto vzduchové vrecká pomáhajú spomaliť prenos tepla z vášho tela do chladnejšej vody, ktorá vás obklopuje. Výskumníci nahradili vzduch v neoprénových otvoroch ťažkým inertným plynom (xenónom alebo kryptónom), ktorý je hustejší, takže prenáša oveľa menej tepla ako vzduch.

Možné prepojenia na vzdelávaciu metodiku STE(A)M:

• Pochopenie vlastností materiálov prostredníctvom skúmania a porovnávania ich vlastností.
• Materiálové inžinierstvo, technológia: navrhovanie materiálov, štruktúr a systémov, napodobňujúcich napr. anatómiu živých organizmov. Vývoj technológií, inšpirovaných fungovaním živých systémov.
• Biológia: Štúdium adaptácie živých organizmov v reakcii na životné prostredie a na meniace sa vonkajšie (napr. klimatické) podmienky.
• Vytváranie hypotéz a ich overovanie jednoduchými pokusmi a pozorovaniami.
• Vyhľadávanie, interpretácia a použitie vedeckých dôkazov na zodpovedanie otázok.
• Pozorovanie a kladenie otázok o tom, ako sa rôzne organizmy prispôsobujú.
• Analýzy výhod a nevýhod rôznych prispôsobení/správania.
• Aplikácia učením objavených skutočností na problémy reálneho sveta.

• Aké stratégie využívajú na ochranu pred stratou tepla ľudia? Ktoré sú blízke k prírode a ktoré energetický luxus?
• V akom prostredí okrem potápania do studenej vody by sa dali využiť obleky/kombinézy s podobnými vlastnosťami ako neoprén?
• Dajú sa podobné stratégie (tukovo-vzduchová izolácia) využiť napríklad pri stavbe energeticky pasívnych budov?

• Nie je to síce blubber, ale aj mnohé iné živočíchy používajú na izoláciu tuk, a to najmä hnedý tuk (Awsome, brown fat). Napríklad sysle a netopiere sa vďaka hnedému tuku dokážu zahriať v priebehu niekoľkých hodín po ukončení hibernácie.
• Hnedý tuk netopierov inšpiroval holandského výskumníka Arno Vlooswijka k vytvoreniu ohrievača pre prasiatka, ktorý zachránil životy mnohých prasiatok v prvých hodinách ich života (Dutch Design Is a Bodywarmer For Piglets).