Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Шмидт-Ниельсен К. -> "Размеры животных: почему они так важны?" -> 19

Размеры животных: почему они так важны? - Шмидт-Ниельсен К.

Шмидт-Ниельсен К. Размеры животных: почему они так важны? — М.: Мир, 1987. — 259 c.
Скачать (прямая ссылка): razmerijivotnih1987.djvu
Предыдущая << 1 .. 13 14 15 16 17 18 < 19 > 20 21 22 23 24 25 .. 107 >> Следующая

Сила сжатия, действующая на кости при увеличении размеров животных, не должна превышать предел, допускаемый материалом (костью), поэтому увеличение прочности должно достигаться за счет изменения размеров костей. Чтобы увеличить прочность опор пропорционально нагрузке, должна быть увеличена пропорционально нагрузке (Мт) и площадь их поперечного сечения. Допустим, размеры опор увеличиваются в соответствии с линейными размерами тела (т. е. пропорционально AfT0’33). Тогда объем или масса опор будет произведением площади их поперечного сечения (Мт1,0) на длину (Мт0,33), т. е. будет пропорциональна Мт1-33.
Попытаемся выразить это обычным человеческим языком. Чтобы выдерживать вес увеличивающейся массы данной формы, опора должна увеличиваться непропорционально линейным размерам увеличивающейся нагрузки. Если удлинение опор пропорционально линейным размерам нагрузки, то объем или массу этих опор следует рассчитывать по величине нагрузки в степени 1,33. Однако скелеты реальных животных не соответствуют этим пропорциям.
Как обстоит дело с реальными животными
Прэндж и его соавторы (Prange et al., 1979) помимо собственных данных собрали из разных источников большое количество
МАССА ТЕЛА, кг
Рис, 5.2. Масса скелета млекопитающих возрастает непропорционально увеличению массы тела, как можно было бы ожидать, исходя и из теоретических положений. Одиако иаклои эмпирической линии регрессии, равный 1,09, меньше, чем предполагалось на основе расчета механических сил, необходимых для поддержания веса тела. (Из Prange et al„ 1979.)
информации о скелетах млекопитающих. Построенный на основе этих данных график показан на рис. 5.2. Эти авторы -опубликовали оригинальные данные в форме таблиц, пользуясь которыми мы можем подсчитать не только наклон, но и доверительные пределы. Наклон составляет 1,08, а доверительный интервал ±0,04 при 0,95, т. е. наклон будет между 1,04 и
1,12. Это значительно превышает наклон, равный 1,00, который -описывает прямую пропорциональность, но это далеко от «ожидаемого» наклона 1,33, полученного при рассмотрении статических нагрузок.
Что же это значит? Если скелет маленького млекопитающего рассчитан на преодоление гравитационной нагрузки, а размеры скелета будут расти в степени только 1,08, то у млекопитающего размером со слона скелет не достигнет требуемой прочности. Это не подходит. Вместе с тем если столбообразные ноги слона удерживают его вес, то при уменьшении пропорций в этой же степени они оказались бы слишком тяжеловесными для маленького зверька.
Вывод напрашивается сам собой — масса скелета млекопитающего не вписывается в схемы, учитывающие только гравитационные нагрузки, и мы должны искать что-то еще. Во время движения всегда возникают силы, обусловленные ускорением или торможением, которые скручивают и изгибают скелет, и его элементы должны выдерживать эти силы и не ломаться прежде всего под влиянием изгибов. Поскольку форма элементов скелета весьма сложна, дополнительные давления на скелет в процессе ускорения и воздействия нагрузки оказываются чрезвычайно сложными (Currey, 1967).
Александер и др. (Alexander et al., 1979 b) вычислили механическое напряжение в костях ног млекопитающих во время движения. Максимальное давление на кости ног обнаружено у скачущего кенгуру, прыгающей собаки, несущихся галопом антилопы и буйвола и бегущего слона. Масса тела у этих животных различается в 350 раз — от 7 до 2500 кг, тем не менее подсчитанные величины оказались поразительно сходными — от 50 до 150 МН/м2 (500—1500 кгс/см2) — без какой-либо связи с размерами тела. Эти исследования были расширены Бивене-ром (Biewener, 1983), который включил животных массой в 0,1 кг—бурундука и земляную белку; давление на дистальные кости конечностей у них составляло от 58 до 86 МН/м2.
Отмечая трудности расчета величины напряжений в костях во время движения, мы должны сделать вывод, что заметной разницы в максимальных давлениях на кости у животных, различающихся по весу в 25000 раз, не наблюдается, т. е. величины максимальных напряжений, возникающих во время наиболее энергичных движений, сравнимы с величиной предельной прочности костей—170 МН/м2 на растяжение и 280 МН/м2 на сжатие (Burstein et al., 1972). Это в общем согласуется с обычными случаями растяжения связок и переломов костей у спортсменов при максимальных нагрузках; напряженные тренировки, очевидно, приближают организм человека вплотную к конструктивному пределу прочности и иногда уводят за этот предел.
Интересно, что максимальные величины растяжения, отмеченные Александером, всегда были меньше, чем величины сжатия, примерно на одну треть. Простое ли это совпадение, что прочность кости на растяжение и ежатие (соответственно 170
и 280 МН/м2) различается примерно на такую же величину, как и максимальные величины растяжения и сжатия, отмеченные Александером?
Насколько легки кости птиц?
Все мы знаем, что кости птиц легче, чем кости млекопитающих, не так ли? Те, кто информирован лучше, возможно, также знают, что многие кости птиц, в особенности кости крыла, полые и заполнены воздухом. Поэтому мы с удивлением обнаруживаем, что общая масса скелета птиц по отношению к массе тела сильно не отличается от относительной массы скелета млекопитающих. Уравнения для массы скелета (МСКел, кг) по отношению к массе тела (Мт, кг) имеют следующий вид (Prange et al., 1979):
Предыдущая << 1 .. 13 14 15 16 17 18 < 19 > 20 21 22 23 24 25 .. 107 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed