Поговорим мы сегодня не об американцах на Луне. А об удивительном животном, которое носит очень ёмкое и звучное имя – дятел.
Представьте себе, что Ваша жизнь сильно зависит от того, что Вы проводите свой рабочий день, постоянно ударяясь головой о бревно. Снова и снова, день за днём, со скоростью двадцать с лишним раз в секунду, многосекундными очередями, с замедлениями, достигающими 1500 G.
Скорее всего, к концу рабочего дня Ваша голова будет похожа на голову пожилого Майка Тайсона, с мозгами как слипшиеся при варке макароны. Хотя вряд ли. Потому что нормальный человек упадёт вниз головой при первом же ударе.
И все же именно так дятел зарабатывает себе на жизнь. Да, тот самый дятел из американских мультиков.
И по другому ему не выжить.
Хотя по этому поводу ещё ведутся некоторые дискуссии, обычно считается, что максимальная устойчивость человеческого мозга к пиковому линейному ускорению (или замедлению) при одном быстром ударе составляет около 200 G или чуть более. В зависимости от обстоятельств.
Для сравнения: при ударе ногой футболиста мяч испытывает нагрузку около 300 G, а бейсбольная бита толкает мяч с силой около 3000 G.
Но если вы заметили, во всех этих случаях речь идёт об одном ударе или об ограниченном их количестве. Но никто не будет отрицать того факта, что есть боксёры, которые погибли на ринге или умирали вскоре после боя. После всего лишь нескольких ударов. А еще иногда люди умирают от, казалось бы, совсем небольших черепно-мозговых травм. Без каких-либо других повреждений.
Это я уже молчу про боксёрскую деменцию и другие проблемы, которые возникают у спортсменов, которые часто работают головой.
Но что не так с дятлом? Ведь эта птица бьётся головой о дерево с ускорением от 600 до 1500 G! И ей хоть бы хны! Дятел остаётся совершенно здоров и вменяем для того, чтобы оставаться дятлом. Да у него скорее всего даже голова не болит! Как же у него это получается?
Что же, мать-природа и тётя-эволюция позаботились о том, чтобы голова дятла была очень эффективной машиной для рассеивания энергии удара. Это что-то вроде пассивных устройств безопасности в современных автомобилях. В качестве подобных устройств используется маленькая голова с большими глазными яблоками, очень небольшим количеством спинномозговой жидкости и прочным соединением между черепом и мозгом, которое сохраняет устойчивость последнего во время ударов.
Череп, в свою очередь, состоит из костных пластинок с очень гибкими суставами, хорошо поглощающими энергию. У дятла также есть очень большая подъязычная кость, в четыре раза превышающая размер клюва, которая выходит из ноздрей и окружает голову. Она закрепляет мозг, как если бы это был своего рода ремень безопасности. Ещё у дятла есть мышцы и связки, которые удерживают эту кость прочно прикреплённой к челюсти при ударе.
Первое, что делает дятел, когда решает немножко подолбить, это цепляется когтями за ствол, принимая положение почти параллельно ему таким образом, чтобы клюв ударял по столбу практически перпендикулярно телу. Эта эффективная поза, которая позволяет птице сохранять устойчивость с помощью рулевых перьев. Это очень важно, поскольку в этом случае энергия удара будет гарантированно распределяться нужным образом.
Итак, начинаем движение. За тысячную долю секунды до удара по стволу рефлекс заставляет сомкнуться мигательные перепонки, которые представляют собой своеобразное дополнительное веко, защищающее глаза от летящих осколков, но позволяющее дятлу продолжать видеть. То есть дятел как бы одевает «защитные очки». Что касается ноздрей, то они похожи у птицы на небольшие щели, прикрытые специальными перьями, препятствующими попаданию в них стружки и опилок.
В том случае, если наш дятел перепутал ствол дерева с бетонной опорой ЛЭП, природа предусмотрела и этот вариант. Во-первых, внешняя часть клюва состоит из кератиновых гранул, соединённых между собой сложными волнистыми швами, которые имеют тенденцию хорошо сопротивляться сжимающим силам, в конечном итоге образуя крошечные чешуйки. Эти чешуйки, находясь в контакте друг с другом, могут рассеивать часть энергии на трение и действуют, по сути, как система амортизации. Кроме того, и клюв дятла, и его голова в целом почти идеально симметричны, что обеспечивает сбалансированное распределение сил.
Волна давления начинается в верхней части клюва, проходит к нижней части и от обеих направляется к ноздрям. Максимальное избыточное давление возникает там примерно через 0,6 миллисекунды после первоначального удара. Давление может достигать 24 мегапаскалей, что аналогично взрыву бомбы, изготовленной из азотных удобрений. Но дятлу это нипочём.
Но когда птица отводит голову, это избыточное давление распространяется на подъязычную кость, окружающую череп, и быстро падает. Через две десятитысячные доли секунды оно падает до 3 мегапаскалей, поскольку волны давления свободно проносятся через голову и клюв.
Внутри мозга оно никогда не достигает 30 килопаскалей, то есть от ста до почти тысячи раз меньше. Подавляющее большинство энергии удара циркулирует и рассеивается вокруг мозга, а не внутри него. К моменту окончания движения, примерно через двадцать миллисекунд, оно почти исчезает.
Но куда оно исчезает? В основном рассеивается в виде тепла. Считается, что это основная причина, по которой дятлу приходится время от времени прекращать яростно долбить деревья: он просто перегревается и нуждается в отдыхе до тех пор, пока его температура не упадёт.
У дятла нет выбора. Ему приходится делать так снова и снова, каждый день его жизни. Иначе ему не прожить.
А есть ли выбор у Вас?
Всем добра!
___________________________________________________________________
Дорогие друзья! Давайте все вместе продвинем эту статью! Ставьте лайки, делайте репосты, оставляйте комментарии!
Спасибо!
А еще вам могут понравиться эти материалы:
Приключения американцев на Луне