Um sein Nest zu bauen, greift ein Vogel nicht nach irgendeinem alten Zweig. Irgendwie wählen Vögel Materialien aus, die ein gemütliches, stabiles Nest schaffen.
„Das ist mir völlig schleierhaft“, sagt der Physiker Hunter King von der University of Akron in Ohio. Vögel scheinen ein Gespür dafür zu haben, wie sich die Eigenschaften eines einzelnen Stocks auf die Eigenschaften des Nestes übertragen lassen. Diese Beziehung „ist etwas, von dem wir nicht einmal wissen, was wir vorhersagen können“, sagt King.
Ein Vogelnest ist eine spezielle Version eines körnigen Materials: eine Substanz wie Sand, die aus vielen kleineren Objekten besteht (SN: 30.04.19). King und Kollegen kombinierten Laborexperimente und Computersimulationen, um die Macken nestartiger körniger Materialien besser zu verstehen, berichten die Forscher in einer Studie, in der sie erscheinen sollen Briefe zur körperlichen Überprüfung.
In den Experimenten drückte ein Kolben wiederholt 460 Bambusstäbe, die in einem Zylinder verstreut waren. Die Computersimulationen ermöglichen es den Forschern, die Punkte zu analysieren, an denen sich Stöcke berührten, was der Schlüssel zum Verständnis des Materials ist, sagt das Team.
Je mehr Kraft der Kolben auf den Pfahl ausübte, desto steifer wurde der Pfahl, was bedeutet, dass er einer weiteren Verformung standhielt. Als der Kolben nach unten drückte, rutschten die Stöcke gegeneinander und die Kontaktpunkte zwischen ihnen ordneten sich neu an. Das versteifte den Stapel, indem es ermöglichte, dass sich zusätzliche Kontaktpunkte zwischen den Stöcken bildeten, die sie daran hinderten, sich weiter zu biegen, wie die Simulationen zeigten.
Änderungen in der Steifheit des Stapels schienen der Bewegung des Kolbens hinterherzuhinken, ein Phänomen, das als Hysterese bezeichnet wird. Dieser Effekt führte dazu, dass der Stapel beim Einschieben des Kolbens steifer war als beim Zurückprallen des Materials beim Zurückziehen des Kolbens. Simulationen deuten darauf hin, dass die Hysterese entstand, weil die anfängliche Reibung zwischen den Sticks überwunden werden musste, bevor die Kontaktpunkte begannen, sich neu anzuordnen.
Über Vogelnester hinaus könnte diese Forschung auf andere Materialien angewendet werden, die aus ungeordneten Anordnungen langer Fasern wie Filz bestehen. Mit einem besseren Verständnis der physikalischen Eigenschaften solcher Materialien könnten Ingenieure sie verwenden, um neue Strukturen zu schaffen, die nicht nur Vogeleier schützen, sondern auch andere Fracht, die Menschen für wertvoll halten.