Пауки всюду вокруг нас деловито прядут свою изумительную паутину – необщительные, незаметные, тихие и, на взгляд многих, несимпатичные. О пауках и паутине написано так много, что вроде бы и добавить нечего. Ученые давно заинтересовались удивительными свойствами паутины. Этот природный материал сочетает в себе два свойства - прочность и эластичность. Копилка удивительных фактов об удивительных свойствах паутины, созданных самой природой, постоянно пополняется.
Человечество разгадало многие загадки природы, но такой сложный процесс, как прядение паутины, воспроизвести, пока не удается. Эту непростую задачу ученые сейчас пытаются решить с помощью современных достижений науки и техники.
Наблюдение за поведением пауков – процессом плетения паутины, изучение видов паутины и ее свойств позволит лучше раскрыть ее удивительные особенности и найти новые направления ее применения в жизнедеятельности человека.
Цель исследования – изучение физико-химических свойств паутины.
Задачи работы:
1. Узнать, кто такие пауки и где они живут.
2. Выяснить что такое паутина и для чего она нужна пауку.
3. Провести практическую работу, направленную на изучение физико-химических свойств путины.
Объектом исследования являются физико-химические свойства паутины.
Предметом исследования является изучение свойств паутины и возможностей ее использования людьми.
Гипотеза исследования: пауки – одно из чудес живой природы, а их «продукт» – паутину можно использовать для практических целей в жизнедеятельности людей.
Вложение | Размер |
---|---|
![]() | 636.69 КБ |
Автономное общеобразовательное учреждение
Муниципального образования г. Долгопрудного
Средняя общеобразовательная школа №11
Научно-исследовательская работа
Тема «Исследование физико-химических свойств паутины»
Автор работы:
Семенов Илья Александрович, 5 «Б» класс
Научный руководитель:
Иванова Лидия Александровна
г. Долгопрудный
2017 г.
Содержание
1. Кто такие пауки и где они живут 5
2. Что такое паутина и для чего она нужна пауку? 7
3.2. Влияние температуры окружающей среды на паутину 9
3.5. Исследование прочности паутины 10
3.6. Химический состав паутины 11
Пауки всюду вокруг нас деловито прядут свою изумительную паутину – необщительные, незаметные, тихие и, на взгляд многих, несимпатичные. О пауках и паутине написано так много, что вроде бы и добавить нечего. Ученые давно заинтересовались удивительными свойствами паутины. Этот природный материал сочетает в себе два свойства - прочность и эластичность. Копилка удивительных фактов об удивительных свойствах паутины, созданных самой природой, постоянно пополняется.
Человечество разгадало многие загадки природы, но такой сложный процесс, как прядение паутины, воспроизвести, пока не удается. Эту непростую задачу ученые сейчас пытаются решить с помощью современных достижений науки и техники.
Наблюдение за поведением пауков – процессом плетения паутины, изучение видов паутины и ее свойств позволит лучше раскрыть ее удивительные особенности и найти новые направления ее применения в жизнедеятельности человека.
Цель исследования – изучение физико-химических свойств паутины.
Задачи работы:
Объектом исследования являются физико-химические свойства паутины.
Предметом исследования является изучение свойств паутины и возможностей ее использования людьми.
Гипотеза исследования: пауки – одно из чудес живой природы, а их «продукт» – паутину можно использовать для практических целей в жизнедеятельности людей.
В работе использовались такие методы исследования, как: анализ литературы, наблюдение, эксперимент, сравнительный анализ.
Наблюдения за действиями паука – плетением паутины и ловлей добычи (наблюдения проводились в период летних каникул 2016 г.) показали, что паук никогда не сидит в самом центре своей ловчей сети, он прячется в каком-то укрытии поблизости. И от сети к укрытию обязательно тянется паутинка - сигнальная нить.
Физико-химические свойства паутины исследовал с помощью проведения шести экспериментов: изучение эластичности паутины, влияние температуры окружающей среды на паутину, изучение особенностей взаимодействия паутины с водой, горение паутины, проверка прочности паутины, химический состав паутины.
В ходе работы узнал много нового о жизни пауков. Изучены свойства паутины. Опыты показали, что паутина является натуральной, эластичной, тягучей, липкой, хорошо горит, плавает в воде, сохраняет тепло, устойчива к высокой и низкой температуре, отталкивает воду и является прочной. Значит, из паутины можно получать прочные и легкие материалы. Вещество, из которого образована паутина, не окисляется на воздухе, не разлагается без доступа воздуха. Качественные реакции на белок подтвердили, что в состав паутины входит белок, в котором присутствуют аминокислоты фенилаланин и тирозин.
Результаты моих наблюдений и экспериментов подтвердили гипотезу: пауки – одно из чудес живой природы, а их «продукт» – паутину можно использовать для практических целей в жизнедеятельности людей.
Апробация работы. Наблюдения за жизнью пауков и исследования физических свойств паутины проводятся мной с первого класса. Некоторые из результатов моего исследования докладывались лично и обсуждались на следующих мероприятиях:
1. Школьная конференция с докладом «Удивительное рядом». Школа № 8 им. А.Г. Ломакина, г. Таганрог, 2012 год. (1 место)
2. Вторая Всероссийская конференция «Первые шаги в науку» с докладом «Изучение свойств паутины и возможностей её использования людьми». г. Таганрог, 2015 год. (1 место).
По теме исследований имеется одна публикация в сборнике материалов II Всероссийской конференции «Первые шаги в науку».
Пауки – одно из чудес живой природы. Их разнообразие поражает воображение. Оказывается, паук - это не насекомое. Паук – это животное. Одно из самых древних животных в мире! Предположительно пауки появились в Палеозойскую Эру в Каменноугольный период - это было примерно 2-2,5 млрд. лет назад [1].
Пауки - это беспозвоночные живые существа. Пауки входят в самый многочисленный тип группы беспозвоночных - тип членистоногих. Пауки очень прожорливые хищники, питаются главным образом насекомыми, которых они высасывают.
Пауки относятся к классу паукообразных, отряд Арахнид. Название класса «Арахнида» происходит от греческого «арахна» – паук. В древнегреческой мифологии Арахной звали девушку, которая была настолько искусной ткачихой, что, вызвав на состязание саму покровительницу этого ремесла богиню Афину, выткала лучшую, чем она, ткань. Раздосадованная богиня превратила соперницу в паука, объявив, что отныне Арахна и весь ее род будут прясть и ткать до скончания века [2].
Пауки - многочисленная и разнообразная группа хищных членистоногих. На данный момент насчитывается более 38000; видов пауков. И число их ежегодно пополняется 200 - 250 видами [3].
В природе существуют ядовитые пауки, пауки-птицееды, водоплавающие пауки и многие другие.
Пауки используют яд для убийства своих жертв. Ядовитые же пауки имеют более серьезный яд, направленный на обездвиживание и убийство крупных жертв, и используемый ими не только для пропитания, но и для человека. Вероятность смерти или получения серьезного ранения от укуса очень мала [4].
Пауки-птицееды - это тропические жители, сейчас получившие популярность и в нашей стране, в качестве домашних любимцев. Пауки-птицееды - крупные существа; их способ охоты можно назвать активным, поскольку они не ждут, пока животное запутается в паутине, а нападают на него из засады [4].
Несколько разновидностей пауков часто встречаются в домашнем хозяйстве. Паук домовый заселил почти все уголки Земли. Он живет в различных человеческих постройках: в домах, сараях, хижинах, предпочитая в них темные углы. Этот паук ведет малоподвижный образ жизни. Однако, как все пауки, он - хищник: кормится насекомыми - мухами, комарами, жуками и другими насекомыми [4].
Всесветное распространение и большая численность представителей данного отряда указывает на их значимость в природе. Пауки истребляют огромное количество насекомых и ограничивают численность вредных видов, это позволяет использовать их для борьбы с вредителями растений.
Пауки обитают по всему земному шару, но в тёплых краях насчитывается больше всего видов. Почти все пауки – наземные животные. Исключение составляет водяной паук, который живёт в воде. Ряд видов пауков охотятся на поверхности воды. Часть пауков строит гнёзда, убежища и норы, другие же не имеют постоянного места обитания. В большинстве своём пауки являются ночными животными [5].
Наиболее богаты пауками области с обильным растительным покровом, но встречаются они во всех ландшафтных и климатических зонах, от полярных областей и высоких гор до сухих степей и раскаленных пустынь. Пауки найдены в Гренландии близ ледников и на антарктических островах, многие виды обычны в горах на высоте 2 – 3 тыс. м, а один вид скакунов найден на Эвересте на высоте 7 тысяч метров [5].
Места обитания пауков чрезвычайно разнообразны. Они живут в почве и на ее поверхности, в лесной подстилке, во мху, на травянистой и древесной растительности, под корой, в дуплах, под камнями, в трещинах скал, в пещерах, в норах и гнездах других животных, в жилище человека.
Большинство пауков живет оседло в своих постройках – логовищах и тенетах, но немало и бродячих, не имеющих постоянных убежищ.
Многие люди путают пауков с насекомыми. Паука можно легко отличить от насекомого: для этого достаточно подсчитать количество ног: у паука четыре пары ног (у насекомого три пары). Также одно из основных различий то, что у насекомых составные глаза, а у паука сингулярные глаза с линзами. К тому же, в отличие от насекомых, у пауков нет усиков [6].
Тело паука состоит из двух частей [7].
Первая часть - это головогрудь. Вторая часть - мягкое брюшко.
На головогруди обычно расположены восемь глаз.
Самая интересная особенность пауков – способность плести паутину.
Паутина – это тоненькие тягучие и пластичные ниточки . Паук плетет паутину с помощью желез. Они выделяют жидкость, которая при соприкосновении с воздухом превращается в шелковистую нить. Пауки вытягивают паутинную нить ногами из паутинных бородавок, расположенных снизу на брюшке. Вытягивая нить, паук поддерживает ее одной ногой. Паук делает сначала большой квадрат из нити. Затем, двигаясь от центра к краю квадрата, он делает около тридцати стежков, напоминающих лучи. Чем больше вытягивается нить, тем прочнее она становится.
Разные виды пауков плетут разную паутину. Самая обыкновенная - и, пожалуй, самая красивая - круглая паутина. По форме она близка к кругу, в котором из центра во все стороны разбегаются спицы радиальных нитей, соединенных тончайшими липкими спиралями. В эти силки и попадают зазевавшиеся насекомые [Харитонов Д.Е., 2009: 206].
Воронковые пауки придают своей ловчей сети форму конуса. Сплетя большую воронку в стеблях высокой травы, между камней или бревен, паук прячется на ее дне. Стоит жертве оказаться слишком близко, как он выбегает из убежища, хватает ее и затаскивает внутрь.
Все пауки прядут паутину, играющую очень важную роль в их жизни, и находят ей самые разные применения. Это и паутинные коконы, где в тепле и безопасности из яиц развиваются крохотные детеныши; и спасательные тросы вроде альпинистских, которые крепятся к растениям и не дают пауку упасть на землю. Из паутины пауки свивают гнезда на зиму и, наконец, плетут ловчие сети [8].
У большинства плетущих паутину пауков плохое зрение, и добывать пропитание они могут только с помощью ловчих сетей. Одни пауки устраивают засаду в центре сети, другие прячутся где-нибудь в уголке, держа лапку на сигнальной нити, прикрепленной к одной из «спиц» паутины. Попав в липкие тенета, насекомое пытается из них вырваться. От его движений вся сеть начинает вибрировать, и паук получает сигнал «есть улов». Он тотчас выбегает из засады, наносит жертве смертельный укол и опутывает ее паутиной [8].
Некоторые пауки используют свою паутину по-другому. К примеру, североамериканский паук выпускает ниточку длиной около 5 см. К ее кончику прикреплена бусинка клея, которой паук наносит жертве хлесткий удар. Этот клей содержит особые химические вещества, привлекающие самцов мотыльков. Паук размахивает ловчей нитью, привлекая добычу запахом. Едва жертва приблизится, он наносит ей удар этим своеобразным кистенем, намертво приклеивая к шарику, и подтягивает к себе [9].
Паутина на ощупь липкая. Паук делает ее такой, чтобы к ней прилипали разные насекомые. Чтобы не попасть в собственную ловчую сеть, паук постоянно вырабатывает немного сухой нити. Он хорошо знает, где находятся безопасные участки, и, притаившись на одном из них, терпеливо ждет, пока жертва не попадет в тенета. К тому же, лапки паука выделяют маслянистое вещество, благодаря которому они не приклеиваются к паутине [9].
Паук узнает, что в его сеть попала добыча с помощью сигнальной нити [9]. Я решил узнать, как паук ловит добычу. Для этого наблюдал за пауками и их паутиной (Приложение).
Дата и время: 10.08. 2016, утро-вечер
Условия: без осадков, солнечно.
Во дворе своего дома нашел паутину, паука на ней не было. Я аккуратно дотронулся до паутины и убрал руку. Паутина «задергалась», паук выскочил из укрытия и побежал к центру паутины. Значит, паутина реагирует на вибрации (Приложение).
Дата и время: 14.08. 2016, утро-вечер
Условия: без осадков, солнечно.
На паутину упала мошка. Она попыталась вырваться, но не смогла, так как прилипла к паутине. Задергалась сигнальная нить. Выскочил паук. Он подошел к мошке с одной стороны, потом с другой стороны, что-то делая. Мошка стала утихать. Прошло меньше минуты, и мошка была уже связана и не дергалась.
Проведя свои наблюдения, я узнал, что паук никогда не сидит в самом центре своей ловчей сети, он прячется в каком-то укрытии поблизости. И от сети к укрытию обязательно тянется паутинка - сигнальная нить.
Чтобы узнать свойства паутины я провел шесть экспериментов. Наблюдения паутины, сбор экспериментального материала – паутины проведен в период с 1.08 по 30.08.2016 г. в г. Таганроге и его окрестностях.
Целью первого опыта являлось изучение эластичности паутины (Приложение).
В опыте я использовал линейку, паутину (диаметр паутины – 22 см, сеть имеет 15 кругов), фотоаппарат.
Ход опыта. Аккуратно близко к паутине поднес линейку (диаметр паутины в исходном положении 22 см). Раздвинул ветки, на которых закреплена паутина, в стороны:
- растянул паутину на 1 см и отпустил ветки – паутина вернулась в исходное положение: ее диаметр не изменился, нити паутины остались натянутыми, как и до растяжения;
- растянул паутину на 2 см и растянул ветки – паутина вернулась в исходное положение: ее диаметр не изменился, нити паутины остались натянутыми;
- растянул паутину на 3 см – паутина порвалась.
Вывод: паутина эластична и не деформируется, при повышенном давлении разрывается (имеет предел прочности).
Целью второго опыта являлось изучение реакции паутины на изменение температуры окружающей среды (Приложение).
В ходе проведения опыта я использовал пластиковую плотно закрывающуюся емкость, ветки с паутиной, холодильник, градусник.
Ход опыта: в пластиковую плотно закрывающуюся емкость поместил ветки с паутиной и положил в морозильную камеру холодильника на
24 часа. Температура воздуха в морозильной камере - минус 18ºС. Спустя
24 часа внешний вид паутины не изменился: ее цвет остался прежним, на паутинках не появился иней, на ощупь она не была холодной и оставалась липкой, свойства эластичности паутины сохранились.
В одну пластиковую плотно закрывающуюся емкость поместил новые ветки с паутиной, в другую такую же емкость – ветки с паутиной, которые только что извлекли из морозильной камеры. Емкости положил на солнце (средняя температура воздуха – плюс 30ºС) на 24 часа. Спустя 24 часа внешний вид паутины не изменился: ее цвет остался прежним, на ощупь она не была теплой и оставалась липкой, свойства эластичности паутины сохранились, дополнительного запаха в пластиковой емкости с паутиной не появилось.
Вывод: на внешний вид паутины, ее качество и свойства не влияет высокая и низкая температура, а также резкий перепад температуры воздуха.
Целью третьего опыта являлось изучение особенностей взаимодействия паутины с водой (Приложение).
В ходе опыта я использовал емкость с водой, паутину (диаметр 26 см), медицинский шприц (без иглы), линейка.
Ход опыта: Висящую на ветке паутину обильно полил из шприца водой. На паутине образовались капельки воды. Замерял диаметр мокрой паутины –
27 см (паутина растянулась). Встряхнул ветки с паутиной - капельки воды слетели. Замерял диаметр этой же паутины через 1 час после ее «высыхания». Диаметр высохшей паутины составил 26 см (паутина вернулась к исходным размерам). Повторное смачивание этой же паутины приводит к тому же результату – образуются капельки воды.
Опустил паутину в емкость с водой - паутина не утонула (она легче воды).
Вывод: паутина не впитывает воду и не растворяется водой; в воде – не тонет (легче воды), намоченная паутина растягивается из-за эластичности.
Целью четвертого опыта являлось изучение особенностей горения паутины (Приложение).
В ходе проведения опыта я использовал металлический прут с паутиной, спички.
У взрослых я узнал, что искусственные полимерные ткани при горении всегда плавятся и часто издают резкие неприятные запахи. Если поджечь большой кусок синтетической ткани, резины или лески, ее края будут, словно оплавляться и даже стекать вниз раскаленными каплями, будет выделение черного дыма. Горение натуральной ткани отличается от горения искусственной .
Поджег паутину – она загорелась. Пламя – красное в середине, по краям синее, без выделения черного дыма. При горении - резкий запах жженого пера.
Вывод: паутина горит, не плавится. Значит она натурального происхождения.
Целью пятого опыта являлась проверка прочности паутины (Приложение).
В ходе проведения опыта я использовал линейку, рыболовные грузила весом 2 г, 5 г и 10 г и паутину.
Из паутины выбрал одну нить: длина 21 см. Нить очень тонкая, меньше 1 мм. Потянул нить паука – порвалась.
Постепенно складывал 10 паутинок – получил одну: длина 12 см, толщина 0,5 мм. К такой «веревке» привязал груз массой 2 га – «веревка» не порвалась. Привязал груз массой 5 г – «веревка» порвалась.
Постепенно складывал 46 паутинок – получил одну: длина 9 см, толщина 1 мм. К «веревке» привязал груз массой 2 га – «веревка» не порвалась. Привязал груз массой 5 г – «веревка» не порвалась. К «веревке» привязал груз 10 г – «веревка» порвалась.
Вывод: прочность паутины повышается при увеличении количества паутинок.
Целью шестого опыта являлось изучение химического состава паутины, а именно входит ли в ее состав белок (Приложение).
Для этого были проведены две характерные реакции для белков [11]:
В ходе проведения опыта я использовал 10% раствор азотной кислоты, гидроксид меди, воду, сухое горючее, пробирки и паутину.
Вывод: в состав паутины входит белок; поскольку паутина превратилась в сгусток желтого цвета, значит, в белке присутствуют аминокислоты фенилаланин и тирозин [11].
Опыты показали, что паутина является натуральной, эластичной, тягучей, липкой, хорошо горит, плавает в воде, сохраняет тепло, устойчива к высокой и низкой температуре, отталкивает воду и является прочной. Значит, из паутины можно получать прочные материалы. Вещество, из которого образована паутина, не окисляется на воздухе, не разлагается без доступа воздуха. Качественные реакции на белок подтвердили, что в состав паутины входит белок, в котором присутствуют аминокислоты фенилаланин и тирозин.
Паутина считается одним из самых прочных и эластичных волокон в мире, а также она обладает антисептическими свойствами. Уже много лет ученые различных стран пытаются наладить массовое производство данного материала, чтобы изготавливать из него бронежилеты, одежду, бинты и другие необходимые вещи. Тончайшие, переливающиеся на солнце нити, переплетенные в сложные узоры, давно привлекали внимание ученых. Главная их загадка - необыкновенная прочность. Они легко выдерживают удар насекомого, врезающегося в них с большой скоростью. А удар этот можно сравнить с ударом снаряда, если в паутину влетает, скажем, большой жук. Да и сам паук раскачивается на своей паутине, не разрывая ее. А в природе встречаются весьма крупные пауки.
Человек подсмотрел в природе и скопировал много полезного для себя. Но повторить такой сложный процесс, как прядение паутины, пока не удается. Российские ученые работают над созданием суперматериала – искусственного аналога паутины.
Наблюдения за действиями паука – плетением паутины и ловлей добычи (наблюдения проводились в период летних каникул 2016 г.) показали, что паук никогда не сидит в самом центре своей ловчей сети, он прячется в каком-то укрытии поблизости. И от сети к укрытию обязательно тянется паутинка - сигнальная нить.
Физико-химические свойства паутины исследовал с помощью проведения шести экспериментов: изучение эластичности паутины, влияние температуры окружающей среды на паутину, изучение особенностей взаимодействия паутины с водой, горение паутины, проверка прочности паутины, химический состав паутины.
В ходе работы я узнал много нового о жизни пауков. Изучены свойства паутины. Благодаря полезным свойствам паутины, человек может ее использовать в своей жизнедеятельности. Паутина обладает кровоостанавливающим действием и способствует заживлению тканей. Эти свойства паутины нужны современной медицине. Врачи могут использовать ее для наложения швов. Паутина - отличный материал для изготовления прочных и легких тканей. Например, если создать паутинную нить толщиной с карандаш, то сетка из таких канатиков сможет остановить летящий самолет.
Опыты показали, что паутина является натуральной, эластичной, тягучей, липкой, хорошо горит, плавает в воде, сохраняет тепло, устойчива к высокой и низкой температуре, отталкивает воду и является прочной. Значит, из паутины можно получать прочные и легкие материалы. Вещество, из которого образована паутина, не окисляется на воздухе, не разлагается без доступа воздуха. Качественные реакции на белок подтвердили, что в состав паутины входит белок, в котором присутствуют аминокислоты фенилаланин и тирозин.
Результаты моих наблюдений и экспериментов подтвердили гипотезу: пауки – одно из чудес живой природы, а их «продукт» – паутину можно использовать для практических целей в жизнедеятельности людей.
В ходе работы я узнал много нового о жизни пауков. Из паутины пауки свивают гнезда на зиму и, наконец, плетут ловчие сети. Паутина – это очень интересный и полезный натуральный материал. Этот материал обладает всеми нужными свойствами, он прочный, эластичный и легкий, кроме того нетоксичен для клеток человека.
Итак, паутина – необычный и очень перспективный материал, абсолютно экологически чистый, и ее применение является весьма полезным.
Дальше я намерен еще глубже изучить физико-химические свойства паутины. Эти знания мне помогут получить способ создания натуральных материалов из искусственной паутины. А своими познаниями и наблюдениями обязательно поделюсь с Вами, рассказав об удивительном и разнообразном мире пауков, о полезных свойствах паутины и о ее огромном значении для человека в недалеком будущем.
Пятёрки
Воздух - музыкант
Л. Нечаев. Про желтые груши и красные уши
А. Усачев. Что значит выражение "Белые мухи"?
Приключения Тома Сойера и Гекельберри Финна