호기심 많은 아이들: 거미줄은 강철보다 강하다고 하는데 왜 그렇게 쉽게 부서지나요?

헐 대학교 과학 커뮤니케이션 및 화학 교수

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거미줄은 강철보다 강할 때 왜 그렇게 쉽게 부서지나요? - 조지, 10세, 영국 헤더셋.

질문 주셔서 감사합니다, 조지 – 간단한 대답은 거미줄이 정말, 정말, 정말 얇기 때문에 쉽게 부서진다는 것입니다. 정원 거미줄의 실은 직경이 0.003mm에 불과합니다. 이는 머리털보다 20배 이상 가늘습니다.

하지만 거미줄이 강철과 비교하여 얼마나 강한지 알아보려면 풀어야 할 몇 가지 문제가 더 있습니다.

강철은 합금이라고 불리는 물질입니다. 이는 금속이 혼합되어 있다는 의미입니다. 강철의 주요 금속은 철입니다. 강철이 원하는 용도에 따라 다른 금속이 철에 추가됩니다.

예를 들어, 나이프와 포크는 녹슬지 않는 스테인리스 스틸로 만들어집니다. 이것을 만들려면 철과 크롬을 혼합해야 합니다.

하지만 어쩌면 건물이나 크레인을 만들 수 있을 만큼 매우 강한 강철을 원할 수도 있습니다. 그런 다음 철을 티타늄과 바나듐을 포함한 다양한 금속과 혼합해야 합니다.

하지만 더 강한 강철도 있습니다. 귀하의 자전거는 마레이징 스틸(maraging steel)이라는 재료로 제작될 수 있으며 철, 니켈, 코발트, 몰리브덴, 티타늄 및 알루미늄으로 제작됩니다.

실크는 강철과 매우 다른 소재입니다. 그것은 실제로 단백질입니다. 머리카락과 손톱을 구성하는 성분과 같습니다.

우리는 다양한 작업에 강철을 사용하고 거미도 모든 종류의 작업에 실크를 사용합니다. 그리고 우리의 강철과 마찬가지로 거미도 작업에 따라 다른 실크가 필요합니다.

유럽에서 흔히 볼 수 있는 정원거미를 살펴보겠습니다. 이 사랑스러운 생물은 두 종류의 실크를 사용하여 아름다운 둥근 거미줄을 엮습니다.

웹의 스포크는 드래그라인 실크로 만들어졌습니다. 이것은 튼튼하고 약간 신축성이 있어서 웹의 주요 지지대를 만들기에 좋습니다.

거미줄의 나머지 부분은 플래그 실크로 만들어져 강도는 덜하지만 탄력이 매우 뛰어나 거대 파리가 거미줄에 부딪힐 때 충격을 흡수하는 데 정말 좋습니다.

그러나 거미 세계의 챔피언 건설자는 다윈 껍질 거미입니다. 그것은 식탁 크기 정도의 거대한 거미줄을 생성합니다.

이것들은 때때로 강을 가로질러 뻗어 있는 비단 실로 나무에 걸려 있습니다. 거미줄이 제자리에 고정되도록 하기 위해 거미는 매우 강한 실크 실을 사용합니다.

이제 저는 과학자들이 이러한 다양한 재료의 강도에 대해 알고 있는 내용을 바탕으로 강철과 거미줄을 비교하여 얼마나 강한지 확인하기 위해 몇 가지 계산을 수행했습니다.

두께가 약 1mm인 각 재료의 실이 있다고 상상해 보십시오. 이는 대략 핀 머리 너비와 같습니다. 부서지기 전에 누가 매달릴 수 있겠습니까?

가장 약한 것은 플래그 라인 실크입니다. 열 살짜리 소녀가 아마도 이 실에서 스윙을 할 수 있지만 그다지 무겁지는 않습니다.

다음은 침팬지가 매달아도 괜찮을 고강도 강철입니다.

드래그라인 실크는 스파이더맨과 같은 작은 성인을 지탱할 것입니다.

다음은 다윈 나무껍질 거미줄입니다. 팬더보다 훨씬 큰 거미줄이 올라가려고 하면 부러질 것입니다.

그리고 마지막으로 고릴라가 1mm 두께의 머레이징 강철 실에 매달려 있으면 멋질 것입니다.