作者 陳詠曦 / 台南市立後甲國中
1、 研究動機
難得的暑假到來，眾人爭相進電影院欣賞《復仇者聯盟──無限之戰》，而買不到票的 我，只好在家觀看已下檔的蜘蛛人系列電影，稍微緩解一下自己想看英雄電影的渴望。 蜘蛛人系列電影，每一集劇情都有趣又刺激，其中許多打鬥場面呈現出的帥氣動作真是 讓人一飽眼福。在電影中，不僅能觀賞到蜘蛛人彼得帕克的英姿，更是對他所設計出的現代 發明感到無比佩服。
而其中，最讓我印象深刻的是如下圖一所示的自製蜘蛛絲發射器──畢竟這是現實中不 會發生的事情呀！
但是劇中卻有許多主角發射蛛絲移動物體，或者乘著蛛絲擺盪於高樓大廈間的場景，使我嚮 往不已，卻也使我開始思考：電影中的這些畫面，是否能在現實中成立呢？
2、 研究背景
電影中，常常可見蜘蛛人僅靠細細蛛絲便能穿梭於建築物間的場景，或輕易地拉起身旁 的重物，甚至在《離家日》這一部片中，更能以蜘蛛絲撐住一幢即將倒下的樓塔。因此，從 影片中可以觀察到的是：蜘蛛人不僅可以輕盈地在城市裡跳躍飛彈，更能以蜘蛛絲拉起輪船 上的重物，真是讓人萬分驚奇，如圖二所示：
然而那看似輕而易舉的行為，在現實中根本不可能實現的吧？脆弱的絲線怎麼可以承受 這麼大的重量呢？依據我觀察到的經驗，生活中常見的蜘蛛絲可是非常脆弱的，一被樹枝勾 到就分崩離析。
據此，我先去查找了網路上的資料，發現在 2014 年台大科學教育發展中心的「CASE 報 科學」中有一篇文章：【生物化學】蜘蛛絲最新應用與發展，作者是林宇軒，他就對於蜘蛛 絲有了強力的讚賞：「蜘蛛絲是由蛋白質堆疊而成，包括結晶以及非晶形的結構，並包裹入 一些分子幫助穩定蜘蛛絲，例如提供酸性環境以抗菌的磷酸氫鉀、抗酸的硝酸鉀等。蜘蛛絲 可承受的重量比等重的鋼鐵要強五倍，可吸收的動能則比等重的克維拉纖維(Kevlar)大上三 倍。」
此外，網路上查找的資料還顯示：「蜘蛛共有 6 種不同的腺體，每一種腺體製造出來的 絲功能都不一樣。如蜘蛛最常使用的絲是大壺狀腺絲，這種比較粗韌的絲並不具黏性，但支 撐力十足，因此被當作整個蜘蛛網的輻射狀骨架；鞭狀腺絲則賦予整個蜘蛛網強大的彈性以 及延展性，當獵物落入蜘蛛網中時會因驚慌而極力掙脫，但鞭狀腺絲反而會因不斷的受力拉 長而把獵物纏得更緊，使獵物最終無法脫離被捕食的命運。」
綜上所述，可以理解蜘蛛絲的強韌確實引起了很多人的關注。而這也使我開始思考：蜘 蛛人為何能輕易的靠著蜘蛛絲飛躍擺盪？那蛛絲擺蕩的角度與承載重量是否有關係呢？
3、 研究過程
因此，本研究旨在探討：蜘蛛人移動的時候，其所發射的蜘蛛絲與連結物體的施力關係 為何。
且全文中皆假設蜘蛛絲與天花板的夾角為 θ 。以下將分成「蜘蛛人僅靠蜘蛛絲靜止於連 結物體上時」與「蜘蛛人僅靠蜘蛛絲於連結物體上移動時」這兩個層面來探討：
1. 蜘蛛人僅靠蜘蛛絲靜止於連結物體上時：
(1) 若系統僅考慮繩張力 T，與重力 mg， 蜘蛛人若為靜止時，受力僅能為鉛直方向。
力圖分解如右圖所示。 由牛頓第二運動定律可得知：T-mg=0，故 T=mg 因此，若蜘蛛人自身的體重剛好=T=mg，則蜘蛛絲便可以承載 蜘蛛人。
(2) 若系統考慮繩張力 T，重力 mg 與水平力 Fx 若蜘蛛人當時為靜止，力圖由下圖所示：
並由牛頓第二運動定律可得知：T cosθ -mg=0，得 T=mg/cosθ 。 故蜘蛛人自身的若體重剛好=T=mg/cosθ ，則蜘蛛絲便可以承載蜘蛛人。
2. 蜘蛛人僅靠蜘蛛絲於連結物體上移動時：
若蜘蛛人僅靠蜘蛛絲移動，如穿梭在大街小巷中時，其力圖將如下圖所示：
徑向方向上，由牛頓第二運動定律可得知：T-mgcosθ =maN， 故 T=m(gcosθ +aN)。 在切線方向上，mgsinθ =m*aT，故 aT=gsinθ 以上，若不考慮其他的外在因素，僅用牛頓第二運動定律來分析， 可以發現直蛛人使用蜘蛛絲穿梭移動、連結物體等電影畫面，在現實生活中是可能成立的。
4、 研究成果
不管是電影《蜘蛛人 2》中經典的擋下失控列車的情節，或者是《蜘蛛人：離家日》中 的各種驚險刺激的畫面，都營造了蜘蛛人使用蜘蛛絲的英雄故事。
而實際上，在經過上文的推論之後，可以發現在物理上的力學，可以實際呈現蜘蛛絲的 受力分力。此外，在經過資料查找後也可以發現：英國萊斯特大學曾有三名物理系學生對此 進行研究，發現僅 1 微米的蜘蛛絲，強韌性卻是同樣粗細的鋼絲的 5 倍，對此，他們仔細分 析了蜘蛛人以蜘蛛絲擋下地鐵的可能性。
最後，他們在《物理特殊主題》期刊上發表了一篇期刊：〈Doing whatever a spider can〉。 內容中架設列車及乘客的重量是 20 萬公斤，而列車以時速 88.5 公里行駛，如果要讓列車停止， 需要花 50 秒的時間。由上述描述可推論：必須要 30 萬牛頓的力才能使列車停止下來。而最 後他們的結論是：假設蜘蛛人射了 6 束蜘蛛絲，每束寬約 5 公分，確實有可能使快失控的地 鐵停止下來！
藉此，我們可以發現蜘蛛絲具有超強的韌性，且根據網路資訊，目前也有很多公司正在 研究開發蜘蛛絲的各種應用。綜合以上的論述，可以證明，如果撇除蜘蛛絲的材質或粗細等 因素，只單純探討力的關係，電影內容是合理的，也就代表，蜘蛛人能夠恣意飛躍於城市中， 並非無法達成，只要蜘蛛絲夠強韌，便也能實現那帥氣擺盪的夢想。