蜘蛛丝具有抵抗扭力的不寻常能力

你最后一次看到天花板上的蜘蛛掉落在一条丝绸上时，它很可能优雅地落在它的拉索上而不是无法控制地旋转，因为蜘蛛丝具有抵抗扭力的不寻常能力。

在本周出版的AIP出版社“应用物理快报”上发表的一篇新论文中，来自中国和英国的研究人员发现，与人发，金属丝或合成纤维不同，蜘蛛丝在扭曲时会部分屈服。这种特性迅速消散了能量，否则会在它的丝绸末端发出刺激的蜘蛛旋转。

“蜘蛛丝与其他更传统的材料截然不同，”华中科技大学的刘大彪说。“我们发现网上的拉铲很难扭曲，所以我们想知道原因。”

更好地了解蜘蛛丝如何抵抗纺纱可以使仿生纤维模仿这些特性，用于多种潜在用途，如小提琴弦，直升机救援梯和降落伞绳。伦敦玛丽女王大学的大卫邓斯坦说：“如果我们了解蜘蛛丝如何实现这一目标，那么也许我们可以将这些属性纳入我们自己的合成绳索中。”

蜘蛛使用拉线丝绸作为外缘和腹板的辐条，并作为下落到地面时的生命线。这种材料因其令人难以置信的强度，弹性和导热能力而引起了科学家的兴趣，但很少有研究关注其扭转特性 - 它如何响应扭曲。

研究人员使用了扭摆，这是亨利卡文迪什在17世纪90年代用来衡量地球的工具，用于研究两种金丝织物的拉丝丝。他们从圈养的蜘蛛身上收集了一缕丝，并在末端使用两个垫圈将绳子悬挂在一个圆筒内，以模仿一只蜘蛛。圆筒将丝绸与环境干扰隔离开，并使钢丝保持恒定的湿度，因为水会使纤维收缩。旋转的转盘扭曲了丝绸，而高速相机记录了丝绸在数百个周期内的来回振荡。

与合成纤维和金属不同，蜘蛛丝在扭曲时会轻微变形，释放超过75%的势能，并且振荡会迅速减慢。扭转后，丝绸部分地向后弹回。

该团队怀疑这种不寻常的行为与丝绸的复杂物理结构有关，这种物理结构由皮肤内的多个原纤维组成。每个原纤维在有组织的片材中具有氨基酸片段，而其他原纤维在非结构化的环状链中。他们提出，扭转会使片材像弹性一样伸展，并扭曲连接链条的氢键，这些链条像塑料一样变形。片材可以恢复其原始形状，但链条保持部分变形。摆锤表现出这种变化，丝的振动幅度减小，振荡的平衡点也发生偏移。

该小组将继续研究蜘蛛丝如何以这种方式对扭曲作出反应，并且还在研究它如何在扭转过程中保持其刚度，湿度有何影响以及空气有助于消散能量的程度。“还有很多工作要做，”邓斯坦说。“这种蜘蛛丝正在展示一种我们根本不知道如何重建自己的属性，这很有吸引力。”

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