FÍSICA DE LAS TELARAÑAS

JUEGO DE FÍSICA DE LAS TELARAÑAS

La seda de estos arácnidos  debe algunas de sus asombrosas propiedades a un revestimiento líquido, el cual ayuda a preservar la telaraña y, al mismo tiempo, contribuye a tensar los hilos

 Curiosidades de física y juego de física a partir de los 3 años de edad

Las telas de araña pueden provocar reacciones opuestas. En ocasiones, sus pegajosos  hilos nos causan repugnancia, como cuando descubrimos grandes nidos de polvo en las esquinas de una habitación o cuando se nos quedan enganchados al tocarlos. En otras, en cambio, la estética de una telaraña circular perfectamente tensada puede resultar cautivadora. Así ocurre cuando las vemos cubiertas de rocío o cuando despliegan un iridiscente juego de colores a la luz del sol.
Hace decenios que los científicos se interesan por este sorprendente material. ¿Qué lo hace tan elástico y, al mismo tiempo, tan estable?  Hay dos razones por las que resulta tan difícil quitar las telarañas: son pegajosas y muy extensibles. Como veremos ambas propiedades se encuentran estrechamente relacionadas.

Collares de perlas microscópicos

Las arañas construyen su tela a partir de una solución (secreción de espidroína, una especie de cristal líquido) que expulsan de su abdomen. En contacto con el aire, la mezcla se solidifica de inmediato y da lugar a una fibra extraordinariamente resistente. Las arañas pueden producir diferentes tipos de hilo en función del uso que vayan a darle. Para la estructura básica de la tela, numerosas especies, como la araña de jardín Europea, tejen y los radiales. Estos son muy rígidos y enseguida se comban si acercamos sus extremos, aunque solo sea en un pequeño porcentaje.
Sobre esta estructura radial, la araña fija continuación una espiral fabricada con un <<hilo de captura>>. Al contrario que los primeros, éste seguirá estando tenso incluso si lo contraemos hasta un 5% de su longitud original. Esta propiedad resulta óptima para capturar presas, ya que incluso aquellos insectos que chocan contra la telaraña a gran velocidad sólo la de formar al, en lugar de romperla. Por otro lado, que no resbalen por la malla ni se han catapultado en sentido opuesto, como en una cama elástica, se debe a otra importante característica de los hilos de captura: se hayan cubiertos de diminutas gotitas adhesivas, las cuales retienen cruelmente a la presa y evitar que escape. Esos puntos adhesivos se distribuyen a lo largo del hilo a intervalos muy regulares, como las perlas de un collar. Sin embargo, no es la araña la que debe encargarse de disponerlos en esa forma: el ribete de gotitas se crea en manera espontánea por pura necesidad física.
La araña expele el hilo de captura por el abdomen, al igual que ocurrirá con el hilo radial seco. Pero, ahora, lo recubre de modo uniforme con una solución viscosa. Esta se compone en un 80% de agua; el resto lo forman aminoácidos, lípidos y sales. Sin embargo, estos << cilindros líquidos>> solo serán estables si su longitud no resulta demasiado grande en comparación con su grosor. Si se estiran mucho más, las pequeñas perturbaciones que surjan en el recubrimiento comenzarán a oprimirlo transversalmente. Y, como consecuencia de la tensión superficial, lo que en un principio adoptaba la forma de un cilindro se dividirá en una sucesión de gotas más o menos equidistantes.
Como en tantos otros procesos, el mecanismo responsable de que esto ocurra no es otro que la segunda ley de la termodinámica: el afán de la naturaleza por ceder la mayor cantidad de energía posible al entorno. Una geometría esférica minimiza la superficie de contacto con el aire, por lo que de esta manera se libera el exceso de energía superficial. La razón de que no se formen cotas completamente esférica se debe a que la fibra central del hilo es hidrófila, por lo que siempre continuará recubierta por una película de líquido.
Un sencillo experimento casero nos permitirá recrear ese proceso de división del fluido viscoso.
– introduzcamos el dedo índice en un frasco lleno de miel líquida y, después, pasemos un sedal fino entre el pulgar y la punta del dedo internada de miel, de modo que el hilo de nailon quede recubierto por el dulce de manera tan uniforme como sea posible. Ahora, si pensamos horizontalmente el hilo, podremos comprobar que la capa de miel comenzará a dividirse en pequeñas gotas.

Seda elástica

Sin embargo, la comparación con el hilo de una araña acaba aquí. A diferencia de lo que ocurre con el sedal, la fibra central de la telaraña, de grosor microscópico, comenzará ahora a contraerse debido a la aparición de ciertas fuerzas. Estas surgen como consecuencia de la mínima acción de la superficie del recubrimiento acuoso y son las que, en última instancia, confieren a los silos su gran elasticidad.

Podemos visualizar el fenómeno con ayuda de un ejemplo. Cuándo dos fibras radiales de la red se acercan, el hilo de captura que las conecta se afloja. Pero, en lugar de combarse, permanecerá tenso, ya que ahora el recubrimiento líquido cederá energía al entorno disminuyendo su longitud, lo que vuelve a reducir la superficie de contacto con el aire. El cilindro líquido puede acortarse porque la fibra Central, extremadamente flexible e hidrófila, se ajusta a la nueva longitud formando una maraña en el interior de la gota. Además, el proceso libera energía de un modo complementario, ya que, en entornos acuosos, la fibra tiende a contraerse y formar una madeja. Por último, las botas ofrecen espacio suficiente para que eso ocurra, dado que su acortamiento provoca que crezca y se unan. De esta manera, el hilo o pondrá ahora resistencia a un nuevo alargamiento, ya que se necesitaría energía mecánica para estirarlo y devolver a la capa húmeda la energía superficial liberada.
La elasticidad de la seda de araña no se debe a una propiedad intrínseca del material, sino que obedece fundamentalmente a las características del recubrimiento líquido. Por cierto: el factor determinante es la cantidad de agua presente en el fluido; el resto de las sustancias no desempeñan ningún papel. Se ha demostrado que un hilo radial mojado se comporta como un hilo de captura y, a la inversa, que un hilo de captura seco pierde sus propiedades elásticas.

Los hilos de una telaraña se tornan claramente visibles cuando aparecen recubiertos de rocío ( imagen de la derecha) o cuando brillan a la luz de nuestra estrella el Sol ( imagen abajo a la izquierda). Tal y como ocurre con el recubrimiento viscoso de las tela de araña, una capa de miel dispuesta sobre un hilo de nailon tensado ( imagen arriba a la izquierda) acabará dividiéndose espontáneamente en una secesión de gotas.

Fuente: H. Joachim Shlichting; ex director del Instituto de Didáctica de la Física de la Universidad de Münster y Fritz Vollrath en lyC mayo de 1992.
Origen: Modulation of the mechanical properties of spider silk by coating with water. Fritz Vollrath y Donald T. Edmonds en Nature, julio de 1989.

 

 

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