На грани возможного: Наука выживания

Энергосберегающую роль упругой отдачи можно наблюдать на простом примере. Отложите книгу, встаньте и быстро сделайте десять глубоких приседаний. Затем сделайте то же самое, только, перед тем как выпрямлять ноги, каждый раз считайте до 60. Вы почувствуете, насколько труднее дается упражнение. Происходит это потому, что при опускании на корточки мышцы-разгибатели находятся в напряжении, контролируя степень спуска. Если они сразу после этого сократятся, напряжение превратится в упругую отдачу, но если дать им расслабиться, напряжение спадет и пружинистости не возникнет. Благодаря упругой отдаче в мышцах мы достаточно легко скачем на месте. Она же придает пружинистость походке и помогает экономить энергию при беге. Энергия запасается в икроножных мышцах и ахилловом сухожилии, когда ступня касается земли, и высвобождается при толчке, когда мышцы сокращаются. Конструкция беговых кроссовок способствует усилению упругой отдачи.

«Четыре ноги хорошо, две ноги – плохо» – знаменитый лозунг героев сатирического произведения Джорджа Оруэлла «Скотный двор». Все рекорды скорости и выносливости действительно принадлежат четвероногим, однако в самом ли деле четыре ноги лучше двух? К сожалению, однозначного ответа на этот вопрос нет, поскольку скорость определяется не только числом ног. Размер животного, длина конечностей, гибкость спины и походка – все это также играет немаловажную роль.

Размер имеет значение

Размер, как всегда, определяет многое. Чем крупнее животное, тем труднее ему бежать. Происходит это потому, что сила мышц возрастает пропорционально квадрату сечения. Однако масса тела при этом растет пропорционально кубу длины. Увеличьте длину тела животного вдвое, и его вес увеличится в восемь раз, но мышечная сила при этом вырастет всего в четыре раза. Кроме того, при увеличении размеров корпуса труднее становится двигать конечностями, а у самых крупногабаритных тело будет трудно поддерживать даже в покое. Именно этот фактор ограничивает размеры сухопутных животных (морские, в отличие от них, могут вырастать и крупнее – как, например, синий кит, поскольку вода забирает часть веса на себя).

Широко известно, что блохи и кузнечики могут прыгать на высоту, более чем в 50 раз превышающую длину их тела. Для человека это означало бы подпрыгнуть с места на 100 м вверх. Мировой рекорд по прыжкам в высоту гораздо скромнее – всего 2,45 м, а если прыгать с места, то даже ведущий спортсмен возьмет максимум 1,6 м. Как же удается совершать такие немыслимые прыжки кузнечикам и блохам? Дело всего-навсего в размерах – крупное животное физически неспособно подпрыгнуть на такую же высоту относительно размеров своего тела, как мелкое. Ведь согласно физическим законам похожие животные должны достигать в прыжке одной и той же высотной отметки, независимо от размеров тела.

Чтобы понять, почему дело обстоит так, необходимо вспомнить, что мышцы человека и насекомого развивают одинаковую силу на площадь поперечного сечения и что сила мышцы определяется именно этой величиной. Масса (или объем) тела животного возрастает пропорционально кубу длины, тогда как площадь поперечного сечения мышцы растет всего лишь пропорционально квадрату длины. Отсюда следует, что относительно массы тела у более крупного животного сил для прыжка окажется меньше. Крупное животное может слегка повысить свою прыгучесть, увеличив долю массы, которая приходится на прыжковые мышцы. Именно так происходит у сенегальского галаго, относящегося к мелким тропическим приматам. В относительных цифрах его мышечная масса в два раза превышает человеческую. Поэтому галаго может с места подпрыгнуть на 2,2 м – примерно в три раза выше, чем человек (рекорд по прыжкам в высоту с места составляет 1,6 м, но оттуда нужно вычесть еще примерно метр, поскольку именно на такой высоте располагается центр тяжести у человека). Тем не менее очевидно, что мышцы могут занять лишь часть общей массы животного, поэтому описанный выше выход не панацея.