Биология в вопросах и ответах


ВОПРОС: Почему когда таракан падает с потолка, он поднимается и ползет дальше, а если человек упадет с той же высоты, он не сразу поднимется и может даже себе что-нибудь сломать?

ОТВЕТ: Человек, падая с высоты 3 метра, приобретает скорость U около 8 м/с. Пусть масса человека 50 кг. Длительность удара при соприкосновении с полом будет различна в зависимости от того, как человек упал: если на четвереньки, то она будет больше (за счет амортизации руками и ногами), если на спину - меньше. Тяжелее всего с такой высоты падать на голову - перелом шейных позвонков обеспечен (такое случается с ныряльщиками или гимнастами). При любом падении изменяется импульс тела, и можно оценить силу удара. Длительность удара меняется в пределах от 0,1 до 0,01 секунды. В результате силу удара можно оценить как F = mU/t и нетрудно видеть, что она в 10 - 100 раз может превысить вес тела P = mg. Наше счастье, что сила действует непродолжительное время, иначе можно было бы ожидать куда худших последствий, так как костный скелет у большинства людей не выдерживает такие большие перегрузки.

Таракан по массе значительно меньше человека. Масса таракана приблизительно 0,2 грамма, а площадь спинки - 1 см2. Если для массивного падающего человека сопротивление воздуха на таких высотах еще несущественно, то для таракана предельная скорость, которую он может набрать, падая с большой высоты, около 3 м/с. С учетом того, что таракан раскрывает свои крылья, скорость еще меньше - около 1 м/с. Время удара таракана, приземлившегося на лапки, приблизительно равно 0,01 секунды. Перегрузка, испытываемая тараканом, тем не менее, весьма значительна - 10-кратная. Но таракан, как и все насекомые, имеет не внутренний скелет, как у млекопитающих, а внешний, состоящий из хитина со встроенными в него белками. Этот скелет (он называется кутикула) не содержит клеток, и отличается легкостью и прочностью. Хитиновый скелет, как защитный скафандр, способен выдерживать, не разрушаясь, нагрузки во много раз большие, чем костный скелет.

Таким образом, насекомое при падении не получает значительных повреждений, потому что оно:

  • падает с меньшей скоростью;
  • одето в хитиновый панцирь с более высокими прочностными характеристиками, чем костный скелет.

Дополнительно можно почитать:

Н.Грин, У.Стаут, Д.Тейлор "Биология", том 3, М., 1990, разделы "Движение и опора", "Рост и развитие".


[ Предыдущий вопрос      Оглавление      Следующий вопрос ]


vlad@ssl.nsu.ru