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蜘蛛网坚韧之谜

时间:2012-03-19 19:34:46  来源:  作者:

【法新社巴黎2月1日电】科学家今天说,他们已经揭开了蜘蛛网能够承受多种撕扯甚至飓风的打击而不垮的秘密。

他们说,这一发现或许会引起抗震结构设计人员的浓厚兴趣。

蜘蛛结网所用的蛛丝,历来以比钢铁结实、比“凯夫拉”纤维坚韧而着称。但是,单单这一点还不足以解释蜘蛛网是怎样承受住例如一根坠落树枝突如其来的切力的。

一旦遭到撕裂,是什么维系着整个蜘蛛网不四分五裂呢?麻省理工学院的马库斯▪比勒领导的研究人员通过实验室试验、监测和计算机仿真对这一问题进行了探究。

他们先深入研究了蜘蛛丝的分子结构。

研究发现,蜘蛛丝是由形态不规则的蛋白质和有序的纳米级晶体构成的一种独一无二的结构。

当受力增大时(例如一根树枝坠落到蜘蛛网上)蜘蛛丝会经历四个阶段的拉伸过程:先是线性牵引,之后随着蛋白质展开继续拉伸延长,然后在吸收外力之后变硬,最终因为摩擦力达到“断裂点”。

研究人员说,蜘蛛丝分为两种类型,正是因为它们之间的相互作用使得蜘蛛网如此坚韧。

一种是所谓的“粘质蜘蛛丝”。它有弹性,潮湿,富有粘性,从蜘蛛网中心呈逐渐变宽的螺旋形伸展开来,用以捕捉毫无戒心的猎物。

另一种叫做“牵引丝”的蜘蛛丝则像车轮辐条一样呈放射形直线向外伸展,这种蜘蛛丝干燥紧绷,能够提供结构支撑。

研究人员发现,放射形和螺旋形的蜘蛛丝在承受力量方面发挥着不同作用,它们之间相互缠绕的方式将外来物体对蜘蛛网的损害限制在某个特定位置。

因此可以说,蜘蛛网的结构其实是“牺牲”某个特定区域来确保受损之后其它部分仍能发挥作用,尽管受损蜘蛛网的抗打击能力已经减弱。

该项研究资助者之一、美国国家科学基金会的生物力学专家丹尼斯▪卡特高度称赞蜘蛛花费大量宝贵精力织网的“高明战略”。

他在新闻稿中说:“这是一种与许多生物材料似乎仍在遵循的结构原理大相径庭的理念。”

研究人员认为,这些发现中有很多值得借鉴之处。

来自月赭理工学院的研究报告第一作者史蒂文▪坎福德说:“目前工程结构的典型设计理念旨在承受伤害力有限的大型重物的打击,但是在遭遇极端力量打击时则很难应对。”

他说:“蜘蛛通过在遭遇较强外力作用时‘牺牲’掉一部分蜘蛛网的方式独一无二地解决了这一问题。”

 

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