Любопытные дети: почему паутину так легко порвать, хотя она якобы прочнее стали?

Профессор научных коммуникаций и химии, Университет Халла

Марк Лорч не работает, не консультирует, не владеет акциями и не получает финансирования от какой-либо компании или организации, которым будет полезна эта статья, и не раскрыл никакой соответствующей принадлежности, кроме своей академической должности.

Университет Халла предоставляет финансирование как член The Conversation UK.

Посмотреть всех партнеров

«Любознательные дети» — это серия книг The Conversation, которая дает детям всех возрастов возможность получить ответы на свои вопросы об окружающем мире от экспертов. Все вопросы приветствуются: вы или взрослый можете отправить их вместе с вашим именем, возрастом и городом, в котором вы живете, на адрес любопытных[email protected]. Мы не сможем ответить на все вопросы, но сделаем все возможное.

Как паутину так легко порвать, если она прочнее стали? - Джордж, десять лет, Хетерсетт, Великобритания.

Спасибо за вопрос, Джордж. Ответ прост: паутина легко рвется, потому что она очень, очень, очень тонкая. Нить в паутине садового паука имеет диаметр всего 0,003 миллиметра — это более чем в 20 раз тоньше волоса на голове.

Но есть еще несколько вещей, которые нам нужно распутать, чтобы увидеть, насколько прочнее паутина по сравнению со сталью.

Сталь — это материал, называемый сплавом, что означает, что это смесь металлов. Основным металлом стали является железо. В железо добавляются другие металлы, в зависимости от того, какие свойства стали вы хотите.

Например, ножи и вилки сделаны из нержавеющей стали, которая не ржавеет. Для этого вам нужно смешать железо и хром.

Но, возможно, вам нужна действительно прочная сталь, чтобы из нее можно было строить здания и краны. Затем вам нужно будет смешать железо с различными металлами, включая титан и ванадий.

Но есть еще более прочные стали. Ваш велосипед может быть изготовлен из мартенситностареющей стали, а также из железа, никеля, кобальта, молибдена, титана и алюминия.

Шелк сильно отличается от стали. На самом деле это белок – тот же материал, из которого сделаны ваши волосы и ногти.

Мы используем сталь для разных работ, а пауки также используют шелк для самых разных вещей. И так же, как и нашей стали, паукам для разных задач нужны разные шелка.

Давайте посмотрим на обычного европейского садового паука: это милое существо плетет красивую круглую паутину, используя два вида шелка.

Спицы полотна изготовлены из шелка драглайна. Он прочный и слегка эластичный, а значит, из него можно сделать основную опору для паутины.

Остальная часть паутины сделана из флагового шелка, который менее прочный, но очень эластичный, поэтому он действительно хорошо поглощает удары, когда в паутину врезается огромная муха.

Но чемпионом-конструктором мира пауков является корый паук Дарвина. Он производит огромную паутину размером с кухонный стол.

Иногда их подвешивают к деревьям на шелковых нитях, протянувшихся прямо через реки. Чтобы паутина оставалась на месте, паук использует сверхпрочные шелковые нити.

Теперь я провел некоторые расчеты, основываясь на том, что ученые знают о прочности этих различных материалов, чтобы сравнить стали с паутиной и посмотреть, насколько они прочны.

Представьте, что у нас есть нить из каждого материала толщиной около одного миллиметра — это примерно ширина головки булавки. Кто сможет удержаться на них прежде, чем они сломаются?

Самый слабый — шелковый флажковый шнур: десятилетняя девочка, наверное, могла бы качаться на этой нити, но не более тяжелой.

Далее идет высокопрочная сталь, которая вполне подойдет, если на ней повиснет шимпанзе.

Шелк драглайна выдержит маленького взрослого человека, такого как Человек-Паук.

Следующим идет шелк Дарвиновского корового паука, он порвется, если по нему попытается залезть что-то гораздо большее, чем панда.

И, наконец, горилла прекрасно могла бы висеть на нитке мартенситностареющей стали толщиной в один миллиметр.