Здравствуйте, друзья! Сегодня поговорим об удивительной птице, которую часто можно увидеть в наших краях - о дятле.
Изучают дятлов не только биологи, но и физики. В самом деле, почему у дятла нет сотрясения мозга от ударов. За объяснение этого вопроса в 2006 году учёному из Калифорнийского университета даже присудили Шнобелевскую премию. После этой премии было еще несколько знаковых исследований, раскрывающих секреты защиты дятла
В этой статье рассмотрим дятла как колебательную систему - что-то вроде маятника, который при максимальной скорости сталкивается с препятствием. Известна частота колебаний дятла - около 20 Герц, амплитуду можно оценить по фотографиям - обычно около 5 см.
Примем, что расстояние, на которое клюв дятла продалбливает древесину при ударе - тормозной путь - составляет около 2 мм. Тогда с помощью школьных формул можно оценить, какое ускорение испытывает череп дятла при ударе о ствол.
Скорость, с которой колебательная система проходит через положение равновесия, определяется через амплитуду и частоту:
С этой скоростью клюв дятла приближается к дереву. Конечно, движение клюва внутри дерева может и не быть равноускореным, но для оценки среднего ускорения можно воспользоваться формулой связи пути, скорости и ускорения при равноускоренном движении:
Теперь подставим первую формулу для скорости во вторую формулу для ускорения:
Получается, что ускорение головы дятла при ударе в 1000 раз больше ускорения свободного падения, а значит, на голову будет действовать сила, в 1000 раз большая силы тяжести. Интернет-данные дают величины перегрузок в 1200g.
Для сравнения, космонавты могут выдерживать кратковременные перегрузки в 25g, стандартной перегрузкой для космонавта является 4g. Лучшие боксеры отправляются в нокаут при ускорении 70-80g.
Не удивительно, что ученые заинтересовались системой стабилизации мозга дятла. Идеи, взятые у природы, можно использовать и в технике, например, для создания защитных шлемов. На дятла работает не один фактор, а сразу несколько:
- особая форма клюва. Часть ударной волны уходит от черепа и распространяется по всему телу;
- хитрая форма подъязычной кости - она идет вокруг черепа к языку, и ударная волна огибает череп;
- строение костей черепа - композитная структура из пористых материалов;
- Уменьшение количества жидкости между мозгом и черепом
- накопление в клетках мозга тау-белка, который защищает клетки от дальнейшего повреждения.
Более подробно о механизмах защиты дятла можно прочитать, например, в журнале "Наука и жизнь".
Часто "дятлами" называют недалеких людей, или злостных соседей, которые забивают гвозди в неположенное время. Друзья, я желаю вам, чтобы вам на жизненном пути встречались только настоящие птицы-дятлы. Теперь, встретив дятла в лесу или парке, я понимаю, что в жизни у меня все хорошо, и добывание пищи не выносит мозг так, как дятлу.
Спасибо за внимание!
