거미줄의 강도가 같은 지름의 철사보다 강하다고 하는데 그 이유는 무엇인가요?

Question

거미줄의 강도(인장력)을 측정하면 같은 지름의 철사 정도 또는 그것보다 강하다고 하는데요. 거미줄의 강도가 그렇게 강한 이유는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이형민 과학전문가입니다.

거미줄은 단백질로 만들어 진다고 합니다. 탄성력을 많이 가지기 때문에 동일한 굵기의 철사에 비해서 강할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.

거미줄은 매우 강한 인장력을 가지고 있습니다. 이는 거미가 거미줄을 만들 때 사용하는 단백질인 실코닌이라는 물질의 특성 때문입니다. 실코닌은 매우 강한 결합력을 가지고 있어서 거미줄을 만들 때 강하고 유연한 구조를 만들 수 있습니다.

거미줄의 강도는 철사와 비교할 때 더 강하다고 말씀드리는데 이는 철사와 거미줄의 재료가 다르기 때문입니다. 철사는 철로 만들어져 있어서 강하고 단단한 재료이지만 거미줄은 실코닌으로 만들어져 있어서 철사보다 더 강하고 유연한 구조를 가지고 있습니다. 그리고 거미줄은 철사와 달리 실로 이루어져 있어서 더 많은 수의 결합점을 가지고 있어서 더 강한 인장력을 발휘할 수 있습니다.

거미줄의 강도가 이렇게 강한 이유는 거미가 생존을 위해 진화한 결과라고 볼 수 있습니다. 거미는 작은 몸집에도 불구하고 더 큰 벌레를 잡아먹기 위해 강력한 거미줄을 만들어야 했기 때문에 실코닌이라는 강력한 재료를 사용하게 된 것입니다. 강한 인장력을 가진 거미줄은 거미의 생존에 큰 도움을 주는 중요한 요소이며 이는 거미가 우리에게 보여주는 놀라운 과학적 현상 중 하나입니다. 감사합니다.

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Answer 3

안녕하세요. 김지호 과학전문가입니다.

거미줄의 재료는 고분자 섬유인데, 결정이 규칙적인 부분(결정질)과 결정 구조가 없는 부분(비결정질)이 섞여 있습니다. 거미줄의 이 같은 구조 때문에 결정질의 포논과 비결정질의 포논이 상호작용하면서 거미줄의 탄성률이 커진다고 합니다.

Answer 4

안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.

거미줄은 자연에서 가장 강한 소재 중 하나로 알려져 있습니다. 이러한 강도는 수많은 나노스트랜드(nanostrand) 또는 나노섬유(nanofibril)의 조합으로 이루어져 있습니다. 이 나노스트랜드는 단백질로 구성되어 있으며, 지름은 인간 헤어 두께의 수백만 분의 1 정도로 매우 얇습니다.

거미줄은 육각형 모양의 나노스트랜드들이 평행하게 늘어선 구조를 가지고 있습니다. 이 나노스트랜드들은 서로 약한 연결을 가지고 있지만, 모여서 매우 강한 구조를 이루고 있습니다. 이러한 나노스트랜드들은 단일 섬유보다 훨씬 더 많은 힘을 견딜 수 있도록 해줍니다.

특히 갈색 은신거미의 거미줄은 평면적인 구조를 가지고 있어서 특별한 루프 기술과 함께 강도가 강철의 5배에 달하는 튼튼한 소재로 남습니다1. 이러한 나노스트랜드 구조는 인간이 길고 매우 얇은 케이블을 만들 수 있도록 도와주는 힌트가 될 수 있습니다.

결론적으로, 거미줄은 나노스트랜드들의 조합과 구조로 인해 강도가 뛰어납니다. 이러한 원리를 이용하여 인간도 강력한 소재를 개발할 수 있을 것으로 기대됩니다.

Answer 5

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다. 거미줄은 같은 지름의 철사보다 강한 이유는 거미줄이 철사보다 더 많은 결정핵을 갖고 있기 때문입니다. 거미줄은 분자 간의 결합이 더 강하고 규칙적이어서 더 강한 강도를 가집니다.

Answer 6

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

거미줄은 단순한 단백질로 이루어져 있지만, 뛰어난 강도를 자랑하는 이유는 크게 두 가지 요인 때문입니다. 첫째, 거미줄은 나노 섬유로 이루어져 있어 극도로 가벼우면서도 강합니다. 인간의 머리카락보다 1000배 이상 얇은 이 섬유는 강철보다 5배 이상 강력한 인장력을 가지고 있습니다. 둘째, 거미줄은 특수한 구조를 가지고 있습니다. 베타시트 구조라는 단단한 구조를 기반으로, 탄성을 가진 아미노산이 연결되어 있어 힘을 받아도 쉽게 끊어지지 않습니다. 이러한 구조 덕분에 거미줄은 충격을 흡수하고 에너지를 분산시킬 수 있어, 강한 힘에도 견딜 수 있습니다.

Answer 7

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

거미줄은 거미가 몸 속에서 분비하는 단백질 섬유로 만들어져 있습니다. 이러한 단백질 섬유는 철사와는 다른 분자 구조와 결합을 가지고 있어서 높은 인장 강도와 탄성을 가집니다. 또한 거미줄은 철사보다 가벼우면서도 강하고 유연하다는 특성을 가지고 있어서 철사보다 더 강한 인장 강도를 보여줍니다.거미줄은 거미가 특수한 방법으로 뽑아내어 짜는 과정을 거치면서 구조적으로도 특이한 형태를 가지고 있습니다. 이러한 구조는 응력을 분산시키고 인장 강도를 높여주는 역할을 합니다. 반면 철사는 단순히 금속으로 구성되어 있어서 같은 지름의 거미줄에 비해 인장 강도가 낮을 수 있습니다.