Loading...
Новости

Почему даже самый быстрый человек не может обогнать вашего домашнего кота

бегущая кошка

В эти выходные самые быстрые спринтеры планеты собрались на Олимпийских играх в Токио, чтобы побороться за золото. В 100-метровом рывке Ламонт Марселл Якобс пересек финишную черту за 9,80 секунды, что принесло Италии первое золото в гонке. В женской гонке Ямайка выиграла золото, серебро и бронзу — чистый результат во главе с Элейн Томпсон-Хера, которая побила рекорд 33-летних олимпийских женщин со временем 10,61 секунды.

Но ни один из них не мог прикоснуться к наследию восьмикратного олимпийского медалиста Ямайки Усейна Болта, который ушел в отставку в 2017 году, но все еще может похвастаться титулом самого быстрого из ныне живущих людей. Болт пробежал 100 метров за 9,58 секунды. Максимальная скорость составляет около 27 миль в час, что чуть ниже максимальной скорости домашней кошки.

Можно подумать, насколько быстро животное может бежать, зависит от его размера, его мускулов: больше силы, больше скорости. В определенной степени это верно, но слон никогда не убегает от газели.

Так что же на самом деле определяет максимальную скорость?

Недавно группа ученых во главе с биомехаником Майклом Гюнтером из Штутгартского университета задалась целью определить законы природы, регулирующие максимальную скорость бега в животном мире. В новом исследовании, опубликованном на прошлой неделе в Журнале теоретической биологии , они представляют сложную модель, учитывающую размер, длину ног, плотность мышц и многое другое, чтобы выяснить, какие элементы дизайна тела являются наиболее важными для оптимизации скорости. .

Это исследование дает представление о биологической эволюции длинноногих животных и их походок, и оно может быть использовано экологами для понимания того, как ограничения скорости передвижения животных влияют на популяцию, выбор среды обитания и динамику сообществ у различных видов. Для робототехников и биомедицинских инженеров изучение оптимальных структур тела, оптимальных для скорости, может способствовать дальнейшему совершенствованию конструкции двуногих ходильных машин и протезов.

«Речь идет о понимании причин эволюции, а также о том, почему и как она формирует тело, Гюнтер говорит о цели проекта. «Если вы зададите этот вопрос механистически, то вы действительно сможете добавить к пониманию того, как дизайн тела формируется эволюционными требованиями — например, быстрота».

Предыдущая работа в этой области под руководством Мириам Хирт из Немецкий центр интегративных исследований биоразнообразия обнаружил, что ключ к скорости связан с метаболизмом животного, процессом, с помощью которого организм превращает питательные вещества в топливо, конечное количество которого сохраняется в мышечных волокнах для использования во время спринта. Команда Хирта обнаружила, что у более крупных животных это топливо заканчивается быстрее, чем у более мелких, потому что им требуется больше времени, чтобы разогнать более тяжелые тела. Это называется мышечной усталостью. Это объясняет, почему теоретически человек мог обогнать тираннозавра рекса.

Но Гюнтер и его коллеги были настроены скептически. «Я подумал, что мы могли бы дать другое объяснение, — говорит он, — которое использовало только принципы классической физики для объяснения ограничений скорости. Поэтому они построили биомеханическую модель, состоящую из более чем 40 различных параметров, касающихся конструкции тела, геометрии бега и баланса конкурирующих сил, действующих на тело.

«Основная идея состоит в том, что две вещи ограничивают максимальную скорость. », — говорит Роберт Рокенфеллер, математик из Университета Кобленц-Ландау, соавтор исследования. Первый — это сопротивление воздуха или сопротивление, противоположная сила, действующая на каждую ногу, когда она пытается толкнуть тело вперед. Поскольку эффект сопротивления не увеличивается с увеличением массы, это доминирующий фактор, ограничивающий скорость у более мелких животных. «Если бы вы были бесконечно тяжелыми, вы бы бежали бесконечно быстро в соответствии с сопротивлением воздуха», — говорит Рокенфеллер.