Занимательная механика - Перельман Я.И.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 80. Скелет бегемота (направо), сопоставленный со скелетом лемминга, причем кости бегемота по длине уменьшены до размеров костей этого грызуна. Бросается в глаза непропорциональная массивность костей бегемота.
и обладает таким, массивным скелетом. Рис. 80. на котором представлены в одинаковых размерах скелет и наружные очертания обоих животных, наглядно убеждает в сказанном. Следующая таблица подтверждает, что в живютном мире наблюдается общий закон, в силу которого чем крупнее животное, тем 'больший процент его веса составляет скелет.
Млекопитающие
Вес скелета
Птица
Вес скелета
Домашняя мышь . .
Собака (средн. разм.) Человек ......
8.5'>/о
9% И.5%
14«Vo
18J/0
Домашняя курица . .
7% 12Vo 13,5%
СТРОЕНИЕ НАЗЕМНЫХ ЖИВОТНЫХ
Многие особенности строения наземных животных находят себе естественное объяснение в том простом механическом законе, что работоспособность конечностей пропорциональна 3-й степени их длины, а работа, необходимая для управления ими, — 4-й степени. Поэтому, чем крупнее животное, тем короче его конечности — ноги, крылья, щупальцы. Длинные конечности мы видим только у самых мелких из наземных животных. Всем известный паук-сенокосец может служить примером таких длинноногих существ. Законы механики не препятствуют существованию подобных форм, пока размеры их весьма невелики. Но такое же животное при величине, скажем, с лисицу было бы механически невозможно: ноги не выдержали бы груза туловища и лишены были бы подвижности. Только в океане, где вес животного уравновешивается выталкивающим действием воды, могут существовать подобные животные формы; например, глубоководный краб макрохейра при поперечнике тела полметра обладает ногами в 3 м длины.
Действие того же закона сказывается и при развитии отдельных животных. Конечности взрослой особи всегда короче, чем у зародыша; рост туловища обгоняет рост конечностей, благодаря чему устанавливается надлежащее соотношение между мускулатурой и работой, необходимой для перемещения.
Этими интересными вопросами первый занимался Галилей. В своей книге «Беседы о двух новых отраслях науки», где заложены были основы механики, он уделяет место таким темам, как животные и растения чрезмерной величины, «кости великана и морских животных», возможная величина водяных животных и т. п. Мы еще вернемся к этому в конце главы.
СУДЬБА ВЫМЕРШИХ ЧУДОВИЩ
Итак, законы механики ставят некоторый предел размерам животных. Увеличивая абсолютную силу животного, крупный рост либо уменьшает его подвижность, либо» же , обусловливает несоразмерную массивность его мышц и .скелета. То и другое ставит животное в невыгодные
Рис. 81. Исполин древних геологических впох, перенесенный на
улицу современного города.
условия по' отношению к добыванию пищи. Потребность в пище растет с увеличением размеров животного, возможность же ее добывания при этом уменьшается (пониженная подвижность). Начиная с некоторой величины животного, потребность его в пище, наконец, превышает способность к ее добыванию. Такой вид обрекается на вымирание. И мы видим, как исполинские животные древних геологических эпох действительно одно за другим сходят с арены жизни. Из всего разнообразия форм, созданных природой в крупном масштабе, лишь немногие дожили до наших дней. Наиболее крупные — например
исполинские пресмыкающиеся — оказались нежизнеспособными. В числе причин, обусловивших вымирание исполинов древней истории Земли, сейчас указанные законы механики занимали одно из самых видных мест. Кит не может итти в счет: он живет в воде, в' условиях невесомости, и все сейчас сказанное к нему не относится (см. заставку к главе 10).
Можно поставить вопрос: если большие размеры так невыгодны для жизни организма, то почему эволюция не шла в направлении измельчания животных форм? Причина та, что крупные формы все же абсолютно сильнее мелких, хотя и слабее их относительно. Обращаясь снова к образам из «Путешествия Гулливера», мы видим, что хотя великану в 12 раз труднее поднять свою руку, чем Гулливеру, груз, поднимаемый исполином, в 1728 раз больше; уменьшив этот груз в 12 раз, т. е. сделав его посильным для мускулов великана, мы будем все же иметь груз в 144 раза больший, чем посильный Гулливеру. Теперь понятно, что в борьбе крупных животных форм с мелкими у первых имеется заметное преимущество. Но выгодный при схватках с врагами большой рост ставит животное в неблагоприятные условия в других отношениях (добывание пищи).
КТО ЛУЧШЕ ПРЫГАЕТ?
Многих изумляет прыжок блохи (до 40 см), чуть не в сотню раз превосходящий ее рост; нередко высказывают мнение, что человек мог бы состязаться с блохой лишь в том случае, если бы способен был подпрыгивать на высоту 1,7 X 100, т. е. на 170 м.
Механический расчет восстанавливает репутацию человека. Для простоты будем считать тело блохи геометрически подобным телу человека. Если блоха весит
p Ki и подпрыгивает на й м, то она совершает при каждом прыжке ph кгм работы. Человек же совершает при прыжке PII кгмч если P — вес его тела, а II — высота его прыжка (вер-нее — высота подъема его центра тяжести). Так как человек примерно раз в 300 выше блохи, то вес его тела можно принять равным 3003/>, и, следовательно, работа прыжка человека равна 3003/?Р. Это больше работы блохи в
