Người chiến thắng cuộc thi mang tên A.P. Savin “Toán học 6-8” năm học 2009/10

30

KVANT 2010/№4

Hình3. Protein mạng nhện tái tổ hợp có khả năng hình thành cấu trúc đặc biệt - sợi mỏng có đường kính 3-5 nm

pha lê (hình3). Bên trong cấu trúc như vậy, các mảnh được đặt song song với nhau và liên kết với nhau bằng liên kết hydro. Chính những khu vực này, được lồng vào nhau, sẽ tạo nên độ bền của sợi. Kích thước điển hình của các vùng phân tử dày đặc như vậy là vài nanomet. Các vùng ưa nước xung quanh chúng cuộn lại một cách ngẫu nhiên, tương tự như những sợi dây nhàu nát; chúng có thể duỗi thẳng ra và do đó đảm bảo độ giãn của mạng. Nhiều vật liệu composite, chẳng hạn như nhựa gia cố, được cấu tạo theo nguyên tắc giống như sợi của giàn giáo: trong một ma trận tương đối mềm và dẻo, cho phép biến dạng, có những vùng cứng nhỏ làm cho vật liệu trở nên chắc chắn. Mặc dù các nhà khoa học vật liệu đã làm việc với các hệ thống tương tự trong một thời gian dài, nhưng vật liệu tổng hợp nhân tạo chỉ mới bắt đầu tiếp cận mạng nhện về đặc tính của chúng. Điều tò mò là khi tấm màng bị ướt, nó co lại rất nhiều (hiện tượng này gọi là siêu co).

ý kiến). Điều này xảy ra do các phân tử nước xâm nhập vào sợi và làm cho các vùng ưa nước bị rối loạn trở nên di động hơn. Nếu mạng bị giãn và chùng xuống do côn trùng thì vào ngày ẩm ướt hoặc mưa, mạng sẽ co lại, đồng thời khôi phục lại hình dạng. Chúng ta cũng hãy lưu ý một đặc điểm thú vị của sự hình thành sợi chỉ. Con nhện mở rộng mạng dưới tác động của trọng lượng của chính nó, nhưng mạng thu được (đường kính sợi khoảng 1–10 μm) thường có thể chịu được khối lượng gấp sáu lần khối lượng của chính con nhện. Nếu bạn tăng trọng lượng của con nhện bằng cách quay nó trong máy ly tâm, nó sẽ bắt đầu tiết ra một mạng lưới dày hơn và bền hơn nhưng kém cứng hơn. Khi nói đến việc sử dụng mạng nhện, câu hỏi đặt ra là làm thế nào để có được nó với số lượng công nghiệp. Trên thế giới có những thiết bị lắp đặt dành cho nhện “vắt sữa”, chúng kéo sợi và cuộn chúng trên các ống cuộn đặc biệt. Tuy nhiên, phương pháp này không hiệu quả: để tích lũy 500 g mạng cần có 27 nghìn con nhện cỡ trung bình. Và ở đây công nghệ sinh học đã hỗ trợ các nhà nghiên cứu. Công nghệ hiện đại có thể đưa các gen mã hóa protein mạng nhện vào nhiều sinh vật sống khác nhau, chẳng hạn như vi khuẩn hoặc nấm men. Những sinh vật biến đổi gen này trở thành nguồn của mạng lưới nhân tạo. Protein được tạo ra bằng kỹ thuật di truyền được gọi là tái tổ hợp. Lưu ý rằng các spidroin tái tổ hợp thường nhỏ hơn nhiều so với các spidroin tự nhiên, nhưng cấu trúc của phân tử (các vùng ưa nước và kỵ nước xen kẽ) vẫn không thay đổi. Người ta tin rằng web nhân tạo sẽ không thua kém về đặc tính so với web tự nhiên và sẽ tìm thấy ứng dụng thực tế của nó như một vật liệu bền và thân thiện với môi trường. Ở Nga, một số nhóm khoa học từ nhiều viện nghiên cứu khác nhau đang cùng nhau nghiên cứu các đặc tính của trang web. Việc sản xuất mạng nhện tái tổ hợp được thực hiện tại Viện Nghiên cứu Di truyền và Tuyển chọn Vi sinh vật Công nghiệp Nhà nước, các tính chất vật lý và hóa học của protein được nghiên cứu tại Khoa Kỹ thuật Sinh học thuộc Khoa Sinh học của M.V. Đại học quốc gia Lomonosov Moscow, các sản phẩm từ protein mạng nhện được hình thành tại Viện Hóa học hữu cơ sinh học của Viện Hàn lâm Khoa học Nga, các ứng dụng y tế của chúng được nghiên cứu tại Viện Cấy ghép và Nội tạng Nhân tạo.

Người chiến thắng cuộc thi mang tên A.P. Savin “Toán học 6-8” năm học 2009/10

Kết quả tốt nhất trong cuộc thi thuộc về cậu học sinh Daniel Ling, Beer Sheva (Israel) và các câu lạc bộ: Lyceum 14, Tambov, thủ lĩnh A.V. Burmistrova, “Signum”, Moscow, lãnh đạo S.A. Ivanov.

Ban giám khảo cuộc thi cũng ghi nhận thành tích tốt của các em học sinh: Nikita Alexandrov, Naberezhnye Chelny, gymnasium 26, Bakina Mikhail, Chelyabinsk, gymnasium 93 và các câu lạc bộ: Lyceum 130, Novosibirsk, trưởng L.N. Chusovitin, Trung tâm Giáo dục Toán học Bổ sung, Kurgan, người đứng đầu E.G. Pushkareva, O.I. Yuzhkov, “Eureka”, Kharkov, đứng đầu E.L.Arinkina, A.L.Bernstein.

Những người chiến thắng cuộc thi sẽ được trao tặng DVD - kho lưu trữ điện tử của tạp chí «Kvant» từ năm 1970 đến năm 2008.

38

KVANT 2010/№4

Sau đó, bạn chỉ cần tăng mật độ của nước lên hơn 0,02% một chút và cây gậy sẽ chuyển sang vị trí nằm ngang. Hãy nhớ lại rằng mật độ của nước biển là 1,03 g $см^{3}$, lớn hơn 3% so với mật độ của nước ngọt. Điều này có nghĩa là việc đạt được sự gia tăng mật độ của nước chỉ vài phần trăm phần trăm dường như không phải là một nhiệm vụ khó khăn - bạn chỉ cần thêm muối vào nước! Hiệu ứng này được quan sát một cách đáng tin cậy và bạn có thể dễ dàng lặp lại nó. Bây giờ hãy mô tả thí nghiệm. Chúng tôi sử dụng lọ thủy tinh nửa lít làm bình đựng và nước máy làm chất lỏng. Chúng tôi đã làm xong một cây gậy; mật độ trung bình của nó càng gần với mật độ của nước ngọt càng tốt. Trọng tâm của thanh được dịch chuyển về một đầu sao cho vị trí cân bằng của nó trong nước ngọt là thẳng đứng. Bây giờ cẩn thận đổ một thìa muối ăn mịn vào nước dọc theo thành bình. Sau khoảng một phút, một đám mây trắng bắt đầu từ từ bốc lên từ đáy tàu. Nửa chặng đường

phút nó nổi lên mặt nước và sau vài giây biến mất không dấu vết. Sau 1–3 phút nữa, thanh bắt đầu xoay từ vị trí thẳng đứng và sau 10–20 giây nó chuyển sang vị trí nằm ngang. Chú ý! Có thể có một hiện vật (từ tiếng Latin artefactum - được tạo ra một cách nhân tạo). Thực tế là nguyên nhân khiến que bị lật có thể là do mây trắng - nó chứa nhiều bọt khí, bám vào que và do đó làm cho que nhẹ hơn, sẽ dẫn đến hiệu ứng lật. Tác dụng phụ này được quan sát một cách đáng tin cậy nếu đổ nhiều muối vào nước cùng một lúc. Rất dễ dàng để xác minh điều này. Chỉ cần rửa sạch bong bóng dính trên que trong cùng một nước là đủ, và nó sẽ nổi trở lại theo phương thẳng đứng. Nhưng sau một thời gian, do sự khuếch tán, mật độ của các lớp nước phía trên đạt đến giá trị tới hạn, cây gậy chắc chắn sẽ bị lật.

BÌA CỦA CHÚNG TÔI

Điểm nước ướt

(Xem phần mở đầu trang 4 của bìa)

Để trả lời câu hỏi đặt ra chúng ta hãy tiến hành một thí nghiệm đơn giản. Đặt một chiếc khăn giấy khô lên cuốn sách, sau đó làm ướt một phần khăn ăn bằng nước sạch (hình1). Chúng ta sẽ thấy rằng chiếc khăn ăn ướt sẽ trở nên trong mờ và qua đó có thể đọc được dòng chữ vô hình trước đó trên bìa sách và xem xét mẫu vải mà cuốn sách nằm trên đó. Bạn có thể giải thích những gì bạn đã thấy, chẳng hạn như sau. Nước thấm vào khăn ăn và làm bão hòa nó bằng lực mao dẫn. Trong trường hợp này, các sợi tạo nên khăn ăn được kéo dài ra (ví dụ như xảy ra,

Hình 2

đo bằng máy đo độ ẩm tóc) và di chuyển ra xa nhau. Kết quả là khăn ăn trở nên gần như trong suốt. Bạn có thể xác minh điều này bằng cách xem cách khăn ăn của chúng ta truyền ánh sáng (hình2). Bức ảnh cho thấy vết nước trên khăn ăn nhạt hơn những phần khô. Điều này có nghĩa là vết nước truyền ánh sáng tốt hơn phản xạ ánh sáng. Đây là lý do tại sao các đốm nước sẽ xuất hiện tối hơn trong ánh sáng phản chiếu. Những vết đen tương tự có thể được để lại bởi các chất lỏng trong suốt không màu khác, chẳng hạn như glycerin. Cũng có thể nguyên nhân làm sạch là do sự hình thành các đường dẫn ánh sáng đặc biệt mà qua đó ánh sáng tích cực đi qua khăn ăn. Không thể loại trừ những lý do khác. Tôi tự hỏi bạn nghĩ gì về điều này?

K. Bogdanov

Hình 1