Молекулярная структура защитила паутину от закручивания

Паутина представляет собой секрет, который после выделения из паутинных бородавок застывает в форме нитей толщиной несколько микрометров. Несмотря на это, последние обладают чрезвычайно высокой прочностью на разрыв — около 1,3 гигапаскаля, что сопоставимо с показателем железа. На молекулярном уровне это обеспечивается деформацией структуры белка, который формирует β-листы, скрепленные аморфными цепями. Помимо прочности паутина отличается другими свойствами, в частности теплопроводностью и натяжением — в спиралевидных нитях оно сохраняется благодаря сматыванию в расположенных на них каплях клейкой жидкости. Менее ясно, как нить сопротивляется скручиванию.

В отличие от паутины, например, металлическая нить с подвешенным на нее предметом начинает покачиваться даже в результате незначительного механического воздействия. В основе этого явления лежит действие упругих сил со стороны нити: после приведения в движение они стремятся восстановить баланс, сократив угол закручивания до нуля. Паутина же не только имеет память формы и выдерживает сравнительно высокое кручение до разрушения, но и в естественных условиях не демонстрирует его признаков. В моменты спуска на нити пауки не выглядят так, как должны при условии хаотичного кручения. При этом теоретически для такой деформации достаточно колебаний воздуха.

Экспериментальная установка с крутильным маятником / ©Dabiao Liu et al.,  Applied Physics Letters, 2017

Чтобы прояснить механизм, специалисты из Уханьского университета, Лондонского университета королевы Марии и других учреждений провели серию экспериментов. Для этого они использовали крутильный маятник — механическую систему с чрезвычайной чувствительностью (позволяет оценивать в том числе гравитационное взаимодействие). Авторы подвешивали груз к волосу, паутине, металлической или углеродной нити и, установив его в равновесии, поворачивали на заданный угол. Наблюдения показали, что нити из контрольных материалов начинали колебаться даже при углах закручивания в 250 градусов. Тогда как паутина уже на 20 градусах необратимо деформировалась.

После деформации нить из паутины продолжала колебаться вокруг нового положения равновесия — в результате амплитуда колебаний резко снижалась, рассеивая свыше 75 процентов энергии кручения. По мнению исследователей, эффект обусловлен структурой паутины. В момент закручивания упругая деформация возникает только в β-листах, при этом в связывающих их цепях такой деформации не происходит. Изменение их геометрии может объяснить рассеяние энергии и уменьшение колебаний. Одновременно β-листы поддерживают саму форму нитей. В будущем синтетические аналоги паутины могут использоваться, например, при проведении спасательных работ.

Подробности исследования представлены в журнале Applied Physics Letters.

Ранее ученые обнаружили, что паутина является первым природным материалом, фононную запрещенную зону в котором можно регулировать посредством натяжения.

 

Рубрика: Наука

Вам могло бы понравиться:

Москвич 8 лет насиловал свою дочь Москвич 8 лет насиловал свою дочь
В Приамурье амнистирован экс-глава УФССП, присваивавший премии и зарплаты подчиненных В Приамурье амнистирован экс-глава УФССП, присваивавший премии и зарплаты подчиненных
В Приморье пьяные подростки жестоко избили пятерых детей В Приморье пьяные подростки жестоко избили пятерых детей
Calvin Klein выпустил «голый» свитер с вязаными рукавами (фото) Calvin Klein выпустил «голый» свитер с вязаными рукавами (фото)
©2017 RosBizInform. Все права защищены.
При копировании материалов активная гиперссылка на этот сайт ОБЯЗАТЕЛЬНА!