거미줄은 어느 정도의 강도를 가지고 있을까?

 

거미줄은 거미가 만든 줄이다. 먹이를 잡는 도구이자 거미의 서식지 역할을 한다.

 

 

 

 

거미줄이란?

 

거미줄은 거미에 의해 만들어진 복잡한 구조물이다. 주로 먹이를 포획하고 서식지, 번식을 용이하게 하는 수단으로 다양한 용도로 사용된다.

 

거미의 복부에 있는 특수한 분비선에서 생산된 실크를 사용하여 꼼꼼하게 만들어진다.

거미줄을 만드는 과정은 거미가 복부 끝에 위치한 방적 돌기라고 하는 특수 구조에서 가늘고 부드러운 실을 방출하는 것으로 시작된다. 대부분의 거미에는 여러 개의 방적 돌기가 있으며 각각 다른 유형의 실을 생산할 수 있다.

거미줄은 방사구에서 나올 때 처음에는 액체이지만 공기에 노출되면 빠르게 굳어 단단하고 탄력 있는 실을 형성한다. 거미는 실을 생산하는 땀샘을 조정하여 실의 두께, 끈적임, 강도를 조절할 수 있다.

거미줄을 구축하기 위해 거미는 일반적으로 나뭇가지나 벽과 같은 단단한 표면에 하나 이상의 실을 고정하여 시작한다. 이 실은 나머지 거미줄의 기초 역할을 한다. 그런 다음 거미는 이 첫 번째 선을 가로질러 이동하여 스포크와 같은 패턴으로 방사형 실을 놓는다. 이러한 방사형 실은 중앙 지점에서 바깥쪽으로 방사되어 거미줄의 틀을 형성한다.

방사형 실이 제자리에 있으면 거미가 거미줄의 나선형 부분을 구성하기 시작한다. 이 나선형은 나선형 계단과 같은 패턴을 형성하는 끈끈한 실의 동심원으로 구성되어 있으며 실가닥이 중심에 접근함에 따라 점점 더 가까워진다. 끈적끈적한 거미줄은 곤충이 거미줄에 착지하거나 얽힐 때 거미가 진동을 느낄 수 있게 해 주기 때문에 먹이를 잡는 데 필수적이다.

 

거미줄의 디자인과 모양은 거미의 종과 사냥 전략에 따라 크게 다를 수 있다. 예를 들어 구체를 짜는 거미는 초목이나 다른 구조물 사이에 매달린 커다란 원형 거미줄을 만든다. 이 거미줄은 복잡한 패턴과 방사형 대칭으로 유명하다. 반면에 시트를 짜는 거미는 불규칙한 패턴의 편평하고 수평인 거미줄을 만든다.

 

거미줄은 영구적인 구조물이 아니며 정기적인 유지 관리가 필요하다. 거미는 종종 거미줄을 소비하고 재활용하며 실의 단백질을 소화하고 재사용하여 새로운 거미줄을 만든다. 이 과정을 통해 거미는 실을 지속적으로 공급받게 되고 필요에 따라 거미줄을 조정하고 수리할 수 있다.

 

 

거미줄은 어느 정도의 강도를 가지고 있을까?

 

거미줄은 얇고 섬세한 외관을 고려할 때 믿을 수 없을 정도로 강력한 구조이다. 거미줄의 강도와 특성은 거미의 종과 사용되는 거미줄의 특정 유형에 따라 달라질 수 있다.

 

일반적으로 거미줄의 인장 강도는 강철이나 케블러와 같은 강도로 알려진 다른 많은 재료와 비슷하거나 훨씬 더 크다. 거미줄은 최대 1.3 GPa(기가파스칼)의 인장 강도를 가질 수 있으며 이는 강철보다 약 5배 더 강한 것으로 보고되었다.

 

물론 강철보다 강한 것은 동일한 질량으로 비교할 때이고 거미줄 자체는 질기고 탄력이 좋지만 약하다. 

 

• 거미줄의 강도에 기여하는 몇 가지 핵심 요소

▶ 인장 강도 : 거미줄은 놀라운 인장 강도를 가지고 있는데 이는 끊어지지 않고 늘어나거나 당기는 힘을 견딜 수 있는 능력을 의미한다. 거미줄은 가장 강한 천연 재료 중 하나로 간주된다. 일부 거미줄은 무게 기준으로 강철과 비슷하거나 그보다 훨씬 더 큰 인장 강도를 가지고 있다. 이 놀라운 강도는 단백질 배열과 섬유 내 특수 구조의 존재 때문이다.

▶ 탄력성 : 거미줄은 신축성이 높아 끊어지지 않고 크게 늘어난 다음 원래 모양으로 돌아갈 수 있다. 이 탄력성은 거미줄이 에너지를 흡수하고 발산할 수 있게 하여 곤충이나 다른 물체가 거미줄에 충돌할 때 끊어지지 않도록 한다. 인장 강도와 탄성이 결합되어 거미줄은 내구성과 손상에 강하다.

▶ 접착 특성 : 거미줄은 또한 접착 특성을 가지고 있어 먹이를 잡는 데 도움이 된다. 거미의 일부 종은 곤충을 잡는 데 도움이 되는 끈적끈적한 물방울이나 접착성이 있는 실을 생산한다. 이러한 접착 특성은 실 내의 특정 화합물, 구조의 존재로 인해 발생한다. 끈적임으로 인해 거미줄이 먹이를 붙잡고 도망가는 것을 방지할 수 있다.

▶ 구조 설계 : 거미줄의 강점은 구조 설계에도 있다. 거미는 강도와 효율성을 최적화하는 다양한 패턴과 기하학을 통합하여 세심하게 거미줄을 구성한다. 방사형 스포크, 나선형 스레드 및 지지 라인의 배열은 힘을 고르게 분배하고 거미줄의 전반적인 안정성을 향상시키는 데 도움이 된다.