Эластические механизмы у животных
Упругие механизмы у животных очень важны в движении позвоночных животных. Мышцы , контролирующие передвижение позвоночных, связаны с упругими тканями, такими как сухожилия , которые лежат внутри мышц и соединительной ткани . Пружина может быть механизмом для различных действий, связанных с прыжками, бегом, ходьбой, и выполнять другие разнообразные функции, такие как сохранение метаболической энергии, ослабление выработки мышечной силы и усиление выработки мышечной силы . [1]
Когда тело бежит, ходит или прыгает, оно использует пружины как способ накопления энергии, что указывает на то, что эластичные механизмы оказывают большое влияние на его динамику. [2] Когда к пружине прикладывается сила, она изгибается и накапливает энергию в виде энергии упругой деформации , а когда пружина отскакивает после того, как усилие было снято, эта энергия также высвобождается. [1] Эластичные белки обеспечивают свойство эластичности, которое дает пружине возможность обратимо изгибаться без потери энергии, а также способность изгибаться до больших деформаций с небольшим усилием. [3] Эластичные белки также обладают высокой упругостью и низкой жесткостью, что помогает с функцией энергии упругой деформации.
Во время бега сухожилия способны снижать скорость метаболизма мышечной активности за счет уменьшения объема мышц, которые активны для производства силы. Время активации мышц очень важно для использования механических и энергетических преимуществ эластичности сухожилий. [4] Ослабление мощности за счет использования сухожилий может позволить системе мышц-сухожилий поглощать энергию со скоростью, превышающей максимальную способность мышц поглощать энергию. Механизмы усиления мощности могут работать, потому что пружина и мышцы имеют разные внутренние пределы мощности. Мышцы в скелетной системе могут быть ограничены в их максимальной мощности. Увеличение мощности за счет использования сухожилий позволяет мышце производить мощность, превышающую ее возможности.[1] Механические функции сухожилий содержат структурную основу и не подвержены ограничению выработки мощности.
Из предыдущих экспериментальных исследований на крупных животных было отмечено, что во время активной локомоции млекопитающие экономят большую часть энергии, которая в противном случае им понадобилась бы для бега, с помощью эластичных структур в ногах. Измерения скорости потребления кислорода различными животными при ходьбе, беге или прыжках показали, что на высоких скоростях животные экономят более половины метаболической энергии, которая в противном случае им понадобилась бы для передвижения. [5] Ярким примером являются прыжки кенгуру. При прыжках на низких скоростях потребление ими энергии увеличивается линейно, но на высоких скоростях кенгуру могут двигаться так же дешево (с энергетической точки зрения), как если бы они двигались на более медленных скоростях. [6]
