"Жертвующие" собой нити не дают паутине развалиться при перегрузке

1 февраля 2012 года

Нити в составе паутины "жертвуют" собой и рвутся при чрезмерно сильном ударе по паутине, что позволяет ловчей сети паука сохранять форму даже при очень высоких нагрузках - при столкновении с веткой или при сильном порыве ветра, заявляют американские и итальянские физики в статье в журнале Nature.

Удивительные свойства паучьего шелка хорошо известны ученым. Этот материал в несколько раз прочнее кевлара, не рвется при сильном растягивании, и при этом он в пять раз легче железа. Многие ученые считают, что шелк является основным гарантом "долголетия" ловчих паутин, тогда как другие обращают внимание на особую форму паучьих сетей, практически одинаковую для всех видов этих членистоногих.

Группа физиков под руководством Маркуса Бюлера (Markus Buehler) из Массачусетского технологического института (США) изучила устройство паучьих сетей с механической точки зрения и проследила за тем, как они реагируют на нагрузку.

Как отмечают ученые, паутина состоит из двух видов волокон - радиальных и спиральных, химический состав и функции которых сильно различаются. Спиральные волокна сплетены из "мягкой" разновидности шелка, которая прилипает к жертве и не дает ей покинуть сети охотника. Радиальные нити состоят из особо прочной вариации шелка, главная задача которых - поддержание структуры паутины.

Бюлер и его коллеги провели несколько экспериментов с ловчими сетями обычных пауков-крестовиков (Araneus diadematus), обитающих во всех садах и домах в умеренном поясе Европы и Азии. Ученые растягивали радиальные и спиральные нити паутины и записывали процесс на цифровую камеру. Затем они обработали видео на компьютере и построили виртуальную модель паутины, которая повторяла физические свойства ловчей сети паука.

Как и ожидали ученые, при появлении нагрузки на конкретном участке паутины нагрузка распределялась по всей площади сети. Так же ведут себя и другие органические материалы, не обладающие прочностью паутины. Тем не менее, кости, хитин и другие виды органики не сохраняют свою форму при превышении максимальной нагрузки и лопаются.

Особая структура радиальных волокон и "архитектура" ловчей сети препятствует такому развитию событий в случае с перегрузкой паутины. По данным ученых, участок нити в точке максимальной деформации сети принимает на себя всю нагрузку и разрывается, что полностью снимает напряжение с конструкции.

Таким образом, принесение в жертву одного сегмента сети позволяет паукам сохранить ее в работоспособном состоянии, несмотря на перегрузки. Ученые считают, что эта стратегия может пригодиться и современным инженерам.

"Постройки обычно проектируются таким образом, что они могут выдерживать большие нагрузки с минимальной деформацией их структуры, однако последствия перегрузок крайне сложно предугадывать. Пауки смогли решить эту проблему уникальным образом, позволяя "жертвенному" сегменту разрушиться под действием перегрузки. Для паучьей паутины не имеет значения сила перегрузки, результат ее действия всегда одинаков. Это позволяет убрать непредсказуемость последствий перегрузки при проектировке", - заключает один из участников группы Стивен Кранфорд (Steven Cranford) из Массачусетского технологического института.