Скачать Физики исследуют структурные свойства паутины«Хотя паутина и является лёгкой структурой, это высоко оптимизированная конструкция, достигшая этого в результате эволюции со времён Юрского периода или и того ранее», – объясняют физики Юко Аойонанаги (Yuko Aoyananagi) и Ко Окумура (Ko Okumura), изучающие структурные свойства паутины. – «Она оказывает эффективное сопротивление различным нагрузкам, таким как ветер и насекомые, а также может ловить добычу, даже если некоторые нити порваны».

Гораздо больше внимания учёные обращали на шёлк пауков как на высокопроизводительное волокно; намного меньше известно о структурных механических свойствах сетей. В недавнем исследовании Аойонанаги и Окумура – оба из Ochanomizu University в Токио (Япония) – разработали модель, объясняющую механическую приспособляемость паутины. Являясь самой распространённой формой сетей, круговая паутина имеет особенности, универсальные для многих видов пауков, принесшие им успех в естественном отборе. Лучшее понимание уникальностей структурных свойств паутины предоставит незаменимую информацию для проектирования зданий, строительства мостов и космических конструкций.

Как объясняют исследователи, круговая паутина состоит из двух видов нитей: радиальных, направленных из центра паутины, и спиральных, соединяющих радиальные нити вместе, формируя знакомый круговой узор. Предыдущие исследования показали, что радиальные нити значительно прочнее спиральных, что связано с различиями в толщине, химическом составе и микроскопическом строении.

После завершения пауком «своего дела», вся паутина находится под напряжением. В модели физиков распределение силы таково, что нитями с наибольшей силой являются радиальные, расположенные на краю паутины. Учёные также обнаружили, что пауки могут варьировать число радиальных и спиральных нитей типичной паутины, не снижая при этом её прочность. Такая универсальность, вероятно, очень полезна для пауков при приспособлении сетей к различным условиям окружающей среды (например, в случае нехватки места для длинных радиальных нитей). А если паук решил «заманить» в свои сети мелкое насекомое, он раскручивает больше спиральных нитей, не увеличивая при это максимальную силу.

Аойонанаги и Окумура также исследовали поведение паутины в том случае, если одна из спиральных нитей порвалась, а остальные остались нетронутыми. В большинстве конструкций из эластичных материалов при каком-либо нарушении сила перераспределяется, а напряжение концентрируется возле «поломки», ослабляя таким образом общую структуру. А вот в паутине распределение силы остаётся неизменным – и она сохраняет свою прочность. Учёные связывают такое свойство с иерархическим строением паутины и надеются разработать более подробную модель в будущем.

Источник: physorg.com

загрузка...