Прочные волокна: смог бы Человек-паук действительно остановить поезд паутиной
Было бы здорово, если бы в каждом городе появился такой герой!
Знаменитая сцена в фильмах о человеке-пауке, когда Питер Паркер останавливает поезд паутиной, знакома почти всем. Безусловно, герой наделен нечеловеческой силой, но может ли он действительно остановить падающий поезд?
Вы удивитесь, но ответ на этот вопрос — да!
Секрет этого удивительного трюка кроется в материале паутины – паучьем шелке. Считается, что он в несколько раз прочнее многих материалов, в том числе стали. Но прочность любого материала измеряется по нескольким параметрам, и паутинный шелк не обязательно превосходит сталь по всем показателям.
Волшебный паучий шелк
Семейство паукообразных имеет семь желез, которые вырабатывают шелк различных свойств и функций. Хотя ни у одного паука нет всех этих желез, у некоторых из них есть сразу пять. Среди самых прочных нити Nephila clavipes и Caerostris darwini. Первые могут прячь паутины, сравнимый со сталью по прочности на разрыв, а вторые — паутины, сравнимые с пуленепробиваемым материалом кевларом.
Каждая «видимая» нить паутины состоит из нескольких волокон, идущих параллельно друг другу, это очень похоже на электрический кабель. Видимая прядь колеблется примерно в пределах 3/100 миллиметра, что делает ее в несколько тысяч раз тоньше человеческого волоса. Отдельные волокна, составляющие эту нить, еще тоньше — в пределах миллионной доли размера видимой нити.
Несмотря на такие микроскопические размеры, паутинный шелк обладает превосходными механическими свойствами. Начнем с того, что он обладает чрезвычайно высокой прочностью на растяжение, что означает, что он может выдержать высокую нагрузку, прежде чем порвется. Обычно это значение колеблется от 0,2 до целых 12 ГПа, что намного больше, чем у нержавеющей стали, которая составляет чуть более 505 МПа.
В то же время паутинный шелк чрезвычайно эластичен, а это означает, что его можно растянуть в несколько раз по сравнению с его собственной длиной, прежде чем он деформируется или порвется.
Эти нити также имеют очень низкую плотность, благодаря своей структуре белковой цепи, что делает их очень легкими. Высокая прочность на растяжение придает им очень высокое отношение прочности к весу, что означает, что паутина может выдержать вес в несколько раз больше собственного без каких-либо повреждений.
А что с поездом?
Высокая прочность паутинного шелка на растяжение делает его способным поглощать много кинетической энергии, при условии, что нити пропорциональны по размеру. Было измерено, что импульс полностью загруженного поезда метро, идущего на полной скорости, находится в районе пределов упругости паука Nephila clavipes.
Фактически, независимо проведенные расчеты указывают на то, что нить паучьего шелка толщиной с карандаш способна поймать Boeing 747 и полностью остановить его. Однако для такого подвига требуется не менее 30 км шелковой линии, и самолет должен лететь на низкой посадочной скорости до 80 км/ч. Не говоря уже о том, что для создания паутины толщиной в карандаш потребовалось бы более 100 000 пауков!
Таким образом, теоретически, Человек-паук мог бы спокойно остановить поезд, если бы его укусил Nephila clavipes.