Паутина представляет собой секрет, который после выделения из паутинных бородавок застывает в форме нитей толщиной несколько микрометров. Несмотря на это, последние обладают, 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 натяжени