Ученые под руководством биомеханика Майкла Гюнтера из Штутгартского университета проанализировали законы природы, определяющие максимальную скорость бега в животном мире. Ранее считалось, что скорость связана с метаболизмом животных — процессом превращения питательных веществ в «топливо», которое у более крупных животных заканчивается быстрее.
Однако Гюнтер с коллегами нашли другое объяснение. Они создали биомеханическую модель, состоящую из более чем 40 различных параметров, относящихся к строению тела, геометрии бега и балансу сил, воздействующих на тело, и пришли к выводу, что скорость передвижения ограничивают два фактора.
«Во-первых, это сопротивление воздуха, то есть сила, действующая на каждую ногу, когда она пытается двигать тело вперед», — пояснил соавтор исследования, математик из Университета Кобленц-Ландау Роберт Рокенфеллер.
Вторым фактором ученые назвали инерцию, которая увеличивается пропорционально массе тела. Сопротивление тела при ускорении из состояния покоя особенно ограничивает более крупных животных. По словам Рокенфеллера, у животного есть ограничение по времени для ускорения собственной массы: это промежуток времени между тем, когда ступня стоит на земле, до момента, когда ступня отрывается от земли. В результате, чем больше масса, которую нужно продвигать вперед, чем труднее преодолевать инерцию.
Опытным путем ученые определили оптимальное значение массы тела для преодоления сопротивления воздуха и инерции, оно составило около 50 килограммов — средний вес гепардов и антилоп. Также они просчитали теоретические максимумы скорости для различных животных при массе в 100 кг. Так домашняя кошка такого размера могла бы бежать со скоростью 74 км в час, а гигантский паук — 56 км в час. Средний показатель для человека с таким весом оказался последним в рейтинге — 38 км в час.
Кроме того, модель, созданная учеными, доказала, что на скорость передвижения значительно влияет длина ног и положение тела в пространстве.
«Животные, чьи тела размещены параллельно земле, в процессе эволюции получили более гибкие позвоночники, поэтому четвероногие животные могут бегать быстрее людей», — добавил Гюнтер.
