Физика - Большой Паук, Идущий Вверх Ногами

Этот вопрос требует точных наук. Все ответы на этот вопрос должны быть подкреплены уравнениями, эмпирическими данными, научными статьями, другими цитатами и т. д. Ответы, не удовлетворяющие этому требованию, могут быть удалены. Дополнительную информацию смотрите в описании тега.

Во многих фэнтезийных историях фигурируют большие пауки, как в «Гарри Поттере». Несмотря на свой размер, эти существа ведут себя почти так же, как обычные пауки. Мой вопрос: Могут ли большие пауки ходить вверх ногами по ровной поверхности? И если да, то насколько массивными они смогут стать, сохраняя при этом эту способность?

Гигантский паук будет размером с собаку крупной породы, такой как ньюфаундленд или сенбернар: от 60 до 70 кг.

Я использую тег «Трудная наука» (это моя первая попытка). Я ищу ответы, цитируя научные статьи или уравнения.

#физика #дизайн существ #точные науки #пауки

В реальном мире приспособлений, позволяющих паукам ходить вверх ногами, было бы недостаточно, чтобы выдержать вес гигантского паука.

Пауки ходят вверх ногами благодаря крошечным липким волоскам на ногах.

Если вы мечтаете когда-нибудь лазить по стенам, Вольф добавил, что вряд ли в ближайшее время у нас появятся настоящие Человеки-пауки: даже если мы наденем костюм из липких волос, люди просто слишком тяжелы, чтобы это сработало.
- Нэшнл Географик

Поскольку взрослый человек нормального размера весит примерно столько же (в идеале и примерно 100–200 фунтов), сколько и ваши гигантские пауки (132–154 фунта), кажется, что гигантские пауки также не могут ходить вверх ногами.

Тот, кто хорошо разбирается в математике, возможно, сможет интерпретировать следующий абзац из исследования, цитируемого выше, и определить, какой вес может выдержать клей для лапок паука:

Для всех восьми соприкасающихся ног была измерена средняя сила 97 мН, что в три раза превышает средний вес тела паука. С уменьшением количества интактных конечностей сила прикрепления уменьшалась быстрее, чем можно было бы предположить, только из-за потери доступной площади адгезивной подушечки (рис. 1). Если клейкая поверхность первой пары ног была отключена, средняя сила уменьшалась до 74% от исходного значения (прогнозируемые 77%). Интересно, что когда четвертая пара ног не прикрепилась к субстрату, средняя сила снизилась до 27% (прогнозируемый 71%). Для двух пар ног с отключенными адгезионными поверхностями силы прикрепления были снижены до 27% от их первоначального значения для отключенных передних ног (прогнозируемые 53%) и 9% для отключенных задних ног (прогнозируемые 47%). Поскольку только первая пара ног осталась неповрежденной, первоначальные силы упали до 2% (прогнозируемые 23%), а для последней пары ног, оставшихся неповрежденными, они упали до 6% (прогнозируемые 28%) от силы прикрепления, полученной у необработанных животных.

Хорошей новостью является то, что нам больше повезло в изучении адгезионных свойств лап гекконов.

Дальнейшее чтение:

http://jeb.biologists.org/content/217/2/158

http://www.researchgate.net/publication/264459486_Adhesive_foot_padsan_adaptation_to_climbing_An_ecological_survey_in_hunting_spiders

http://www.researchgate.net/publication/235368901_Radial_arrangement_of_Janus-like_setae_permits_friction_control_in_spiders

http://www.researchgate.net/publication/51872362_Surface_roughness_effects_on_attachment_ability_of_the_spider_Philodromus_dispar_%28Araneae_Philodromidae%29

http://www.researchgate.net/publication/51147062_The_influence_of_humidity_on_the_attachment_ability_of_the_spider_Philodromus_dispar_%28Araneae_Philodromidae%29

Вы когда-нибудь пытались оторвать лиану (то есть растение) от стены и замечали, что иногда она отрывает много краски и штукатурки? Или даже плакаты, приклеенные скотчем, и в то же время вы снимаете краску? Я подозреваю, что даже если вам удалось получить что-то, что может прилипать к поверхностям и удерживать желаемый вес, многие поверхности сами по себе не могут выдержать этот вес из-за особенностей их конструкции.

Согласно этому статья в блоге из Корнелла пауки ходят, поднимая поочередно две пары ног (т. е. 4 ноги), а остальные 2 пары оставляя опущенными. Таким образом, ходячий гигантский паук поддерживает свою массу 60-70 кг одновременно в 4 точках поверхности. Вам нужно будет определить, насколько велика каждая «нога», но для того, чтобы рассматриваемый материал мог выдержать вашего гигантского паука, эта площадь поверхности должна выдерживать не менее 15–17,5 кг без расслоения. Многие поверхностные материалы с радостью поддержали бы это, но многие – нет.

Вашему пауку придется быть очень разборчивым в том, где он ходит, и очень осторожным в своей походке, чтобы не допустить преждевременного поднятия опорных ног.

Есть веские причины, по которым мы не видим наземных членистоногих, размах ног которых превышает 15-20 см (у насекомых и пауков) или примерно на 50% выше этого размера (у исключительных крабов, таких как лазающие по деревьям кокосовые крабы).

Эта причина – закон квадрата-куба.

Если вы удвоите размер (линейный размер — рост, размах ног и т. д.) членистоногого, вы увеличите его силу в четыре раза, но в восемь раз увеличите его вес — и, поскольку мышцы заперты внутри экзоскелета, они не смогут стать настолько сильными. Хуже того, экзоскелет — неэффективный способ укрепить кости; вы набираете больше веса для заданной добавленной площади поперечного сечения (=> силы), чем для внутреннего скелета, такого как у позвоночных.

Хуже того, дыхательный аппарат оказывает влияние на площадь (область, подверженную воздействию воздуха), в то время как потребность в кислороде распространяется на куб (объем/массу плоти для снабжения).

С точки зрения физики я понимаю, что членистоногое, обитающее в основном на суше, просто не может вырасти больше, чем размер кокосового краба, синего краба или, самое большее, краба-навозника (который, однако, обитает в глубоком океане). Мечехвосты становятся несколько крупнее, но они не часто покидают воду и у них гораздо больше ног (и это вообще не крабы).

Таким образом, ваш паук весом более 60 кг не сможет ходить вверх тормашками по достаточно прочному потолку (крыше пещеры?), он даже не сможет ходить прямо по земле - он, возможно, даже не сможет дышать. чтобы остаться в живых.

Теперь переместите все под воду, где вытесненная вода выдерживает большую часть веса животного (и, что удивительно, дыхание может быть легче относительно размера - холодная вода может нести много растворенных газов), и все станет намного более вероятным. ..