Важелі в живій природі

У скелеті тварин і людини всі кістки, що мають деяку свободу руху, є важелями, наприклад, у людини – кістки кінцівок, нижня щелепа, череп (точка опори – перший хребець), фаланги пальців.

Який вантаж ви можете підняти рукою? Скажімо, що 10 кг. Ви думаєте, що ці 10 кг визначає силу мускулів вашої руки? Помиляєтеся: м'язи набагато сильніше! Прослідкуйте за дією, наприклад, так званої двоголового м'яза вашої руки (мал.). Вона прикріплена поблизу точки опори важеля, яким є кістка передпліччя, а вантаж діє на інший кінець цього живого важеля.

Відстань від вантажу до точки опори, тобто до суглоба, майже в 8 разів більше, ніж відстань від кінця м'язи до опори. Значить, якщо вантаж становить 10 кг, то мускул тягне з силою, в 8 разів більшою. Розвиваючи силу у 8 разів більшу, ніж наша рука, мускул міг би безпосередньо підняти не 10 кг, а 80 кг!

Ми вправі без перебільшення сказати, що кожна людина набагато сильніше самого себе, тобто що наші м'язи розвивають силу, значно більшу тієї, яка проявляється в наших діях.

Чи доцільний такий пристрій? На перший погляд начебто ні, – ми бачимо тут втрату сили, що нічим не винагороджується. Однак згадаємо старовинне "золоте правило" механіки: що втрачається в силі, виграється в переміщенні. Тут і відбувається виграш у швидкості: наші руки рухаються в 8 разів швидше, ніж керуючі ними м'язи! Той спосіб прикріплення м'язів, який ми бачимо в тілі тварин, забезпечує кінцівкам моторність русі, більш важливе в боротьбі за існування, ніж сила. Ми були б вкрай повільними істотами, якби наші руки і ноги не були влаштовані за цим принципом.

Прикладами важеля є череп і стопа. Розгляньте малюнок нижче і дайте відповідь: чи є виграшу в силі у цих важелів? R - вага тіла, F - сила м'язів.

Співвідношення довжини плечей важільного елемента скелета знаходяться в тісній залежності від виконуваних даним органом життєвих функцій. Наприклад, довгі ноги хорта і оленя визначають їх здатність до швидкого бігу; короткі лапи крота розраховані на розвиток великих сил при малій швидкості; довгі щелепи хорта дозволяють швидко схопити здобич на бігу, а короткі щелепи бульдога змикаються повільно, але сильно тримають (жувальний м'яз прикріплений дуже близько до ікол, сила м'язів передається на ікла майже без ослаблення).

Типовий важіль – стовбур дерева і складове його продовження, головний корінь. Глибоко розміщене в землі коріння сосни або дуба робить величезний опір перекидання (велике плече опору), тому сосни і дуби майже ніколи не вивертаються з корінням. Навпаки, ялинки, що мають суто поверхневу кореневу систему, перекидаються дуже легко.

Цікаві важільні механізми можна знайти про деяких квітах (наприклад, тичинки шавлії).

Розглянемо будову лугового шавлії (рис. 10). Витягнута тичинка служить довгим плечем А важеля. На її кінці розташовується пильовик. Коротке плече Б важеля як би стереже вхід в квітку. Коли комаха (найчастіше джміль) заповзає в квітку, воно натискає на коротке плече важеля. Довге плече при цьому пильником вдаряє по спинці джмеля і залишає на ній пилок. Перелітаючи на іншу квітку, комаха цим пилком запилює його.

Поиск по сайту: