撓性螺旋

撓性螺旋

撓性螺旋是一種新型螺旋,相較於一般螺旋機械只能以水平或稍微傾斜的角度工作,撓性螺旋機械的工作範圍更廣。

螺旋螺旋是簡單機械,是斜面的變形。圓柱體表面有像螺螄殼上的螺紋叫做陽螺旋,在物體孔眼裡的螺紋叫做陰螺旋。陰陽兩組螺旋配合起來,旋轉其中一個就可以使兩者沿螺旋移動,螺紋愈密,螺旋直徑愈大愈省力。螺旋在機械上套用極廣,如螺釘、螺栓、壓榨機、千斤頂等。
螺旋結構是自然界最普遍的一種形狀,DNA以及許多其它在生物細胞中發現的微型結構都採用了這種構造。然而,為何大自然對這種結構如此偏愛呢?美國賓夕法尼亞州的物理學家認為,他們找到了這一問題的數學答案。他們的研究成果發表在近期的《科學》雜誌上。
“為何螺旋結構是現在這個樣子?過去的回答是——由分子之間的引力決定的。但這只能回答螺旋結構是如何形成的,而不能回答為什麼它們是那種形狀。”賓州大學的天文和物理學系教授蘭德爾·卡緬指出,“從本質上來看,螺旋結構是在一個擁擠的空間,例如一個細胞里,聚成一個非常長的分子的較佳方式,譬如DNA。”
在細胞的稠密環境中,長分子鏈經常採用規則的螺旋狀構造。這不僅讓信息能夠緊密地結合其中,而且能夠形成一個表面,允許其它微粒在一定的間隔處與它相結合。例如,DNA的雙螺旋結構允許進行DNA轉錄和修復。
為了顯示空間對螺旋形成的重要性,卡緬建立了一個模型,把一個能隨意變形、但不會斷裂的管子浸入由硬的球體組成的混合物中,就好比是一個存在於十分擁擠的細胞空間中的一個分子。通過觀測,他們發現對於這種短小易變形的管子而言,Ц形結構的形成所需的能量最小,空間也最少。而螺旋當中的Ц形結構,在幾何學上最近似於在自然界的螺旋中找到的該種結構。
“看來,分子中的螺旋結構是自然界能夠最佳地使用手中材料的一個例子。DNA由於受到細胞內的空間局限而採用雙螺旋結構,就像是由於公寓空間局限而採用螺旋梯的設計一樣。”卡緬指出。
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