Living Matter Mechanics. Глава 3. Первый принцип механики живого — принцип восточных единоборств Правила пользования сайтом Содержание Глава 1. Введение в механику живого Глава 2. Три принципа механики живого Глава 3. Первый принцип механики живого — принцип восточных единоборств Глава 4. Второй принцип механики живого — принцип самоорганизации силовых воздействий Глава 5. Третий принцип механики живого — принцип оптимизации результирующих показателей движения Глава 6. Четыре закона самоорганизации силовых воздействий двигательных элементов живого организма Глава 7. Первый закон линейной биомеханики — закон построения зон в квадрате [1,1] плоскости переменных g, d Глава 8. Второй закон линейной биомеханики — закон генерации цепочки интервалов непрерывности Глава 9. Третий закон линейной биомеханики — закон формирования управляющих матриц/функций Глава 10. Четвертый закон линейной биомеханики — закон определения результирующего силового воздействия Глава 11. Три закона оптимизации результирующих показателей движения живого организма Глава 12. Пятый закон линейной биомеханики — закон метахрональной опитимизации результирующих показателей движения Глава 13. Шестой закон линейной биомеханики — закон двухпараметрической оптимизации результирующих показателей движения Глава 14. Седьмой закон линейной биомеханики — закон образования инерционного коридора Глоссарий


Добавить в избранное | Контакты

Глава 3. Первый принцип механики живого — принцип восточных единоборств

Знание некоторых принципов
легко возмещает незнание
некоторых фактов.
Гельвеций

Абсолютное большинство живых организмов движутся в своих средах обитания не вопреки, а благодаря силам трения: в воде за счёт жидкого, на суше сухого, в воздухе аэродинамического. На первый взгляд кажется парадоксом, что сила трения, которая в механике материальных тел выступает как негативный фактор, препятствующий движению, может быть использована при движении живых организмов в качестве движущей силы. Однако, при ближайшем рассмотрении это становится очевидным. Перемещение специальных двигательных элементов как в дискретном, так и в непрерывном случаях, в фазе опоры, в направлении, противоположном направлению движения живого организма, позволяет создать движущую силу за счёт силы трения. При этом, в дискретном случае такого рода перемещения осуществляют специализированные отростки — нога животного, плавник рыбы. В непрерывном случае — это достаточно малые части (тонкие пластины) связной поверхности определённой геометрической формы в виде тела и хвоста рыбы, крыла птицы, тела змеи.

В обоих случаях двигательные элементы могут перемещаться с определённым, отнормированным на период двигательного цикла, периодом фазы опоры g и сдвигом фаз d между соседними двигательными элементами. При этом, в движителе возникает вдоль направления движения, так называемая, метахрональная волна, придающая его поверхности характерную волнообразную форму.

Несмотря на существенные различия в геометриях движителей у существующих живых организмов, принцип их действий остаётся неизменным. Двигательные элементы в фазах опоры и переноса обеспечивают возвратное движение с периодом фазы опоры g и могут двигаться по отношению друг к другу со сдвигом фаз d между соседними двигательными элементами.

После сделанных выше коментариев сформулируем первый принцип механики живого.

Первый принцип механики живого — принцип восточных единоборств.

Движение абсолютного большинства живых организмов в средах с трением (в воде, на суше и в воздухе) происходит за счёт этого трения, путём реализации возвратного механизма перемещения двигательных элементов в дискретном и в непрерывном случаях, объединённых структурно в движитель. В фазе опоры, когда двигательный элемент перемещается в сторону противоположную направлению движения живого организма, возникает сила тяги, в фазе переноса, когда двигательный элемент перемещается в направлении движения живого организма — сила торможения.

Положительный интегральный (за весь двигательный цикл) баланс между этими силами для всей совокупности двигательных элементов приводит к возникновению и поддержанию выделенного направления движения живого организма. Оптимизация такого баланса в соответствии с целевыми установками происходит за счёт изменения положения точки в квадрате [1,1] плоскости переменных g и d.

Хорошей моделью, понятной каждому, для иллюстрации организации движения живого организма является вёсельная модель. Вёсла являются двигательными элементами, сама лодка — телом, уключины — суставами. Гребцы выполняют роль мышц живого организма, являясь её двигателем. Часть времени гребцы гребут в сторону, противоположную движению лодки (фаза опоры), часть времени переносят вёсла по воздуху, в противоположную сторону (фаза переноса), обеспечивая тем самым возвратный механизм движения вёсел относительно лодки. При желании можно создать в движении вёсел метахрональную волну, управляя движением гребцов с определённым сдвигом фаз, допустимой в пределах амплитуды угла поворота вёсел. О целесообразности такой волны будет сказано в пятом законе линейной биомеханики. Модель вёсельной лодки применима для описания поперечного движения в дискретном случае, когда двигательный элемент вращается вокруг оси перпендикулярной направлению движения.

Другая ситуация наблюдается при перемещении хвоста рыбы, крыла птицы или тела змеи. В отличие от дискретных двигательных элементов, поверхность тела и хвоста рыбы, крыла птицы, тела змеи является связной. Разбивая её на достаточно малые части (тонкие пластины), каждая из которых играет роль двигательного элемента, получим модель организации движения живых организмов в непрерывном случае. При этом, двигательный элемент участвует в поперечном движении, когда он вращается вокруг оси, параллельной направлению движения живого организма. Исключением из первого принципа механики живого являются реактивное движение осьминога и амебовидное движение.

Силы трения в механике живого выполняют разнообразные роли. Так сила трения подразделяется на жидкое, сухое и аэродинамическое трение, в зависимости от среды обитания живого организма — вода, суша, воздух, соответственно. Силы трения выполняют функции силы тяги в фазе опоры двигательного элемента или силы торможения в фазе переноса. Кроме того, существует сила лобового сопротивления, зависящая от скорости живого организма, которая действует как на его тело, так и двигательные элементы. Соотнесение указанных выше разнообразных сил трения между собой в процессе движения живого организма для всех двигательных элементов с учётом сдвига фаз d между ними является основной задачей механики живого. При правильном соотнесении этих сил между собой, путём изменения безразмерных переменных двигательного цикла g и d в квадрате [1,1], возникает движущая сила, обуславливающая оптимальное направленное движение живого организма.

Сведём разнообразие сил трения в механике живого в схему 3.1, приводимую ниже.

Схема 3.1. Классификация сил трения в механике живого.

к предыдущей главе

к следующей главе

Copyright © 2007 | livingmechanics.com

Авторские права | Написать письмо 

rss