Давление в живой природе.
Давление твёрдых тел вычисляется по формуле р = F/S, следовательно его можно увеличить или уменьшить, изменяя эти величины. Гораздо раньше человека это научилась делать её величество Природа. В сложном процессе эволюции выживают лишь те виды, которые лучше смогли приспособиться к окружающему миру. В животном и растительном мире встречаются как очень большие, так и очень маленькие значения давлений.
Одна из основных задач – выжить, защитить себя от врагов. И здесь очень кстати и острые шипы роз и кактусов, и колючки ежа и дикобраза. Длина колючек у некоторых видов кактусов достигает 15 см, а прочность их такова, что с помощью этих колючек можно проигрывать пластинки. Рассмотрим эти приспособления с точки зрения физики.
Очень малая площадь шипов и колючек обеспечивает огромное давление даже при незначительной силе. Попробуйте взять в руки ежа или веточку розы – и вы сами убедитесь в этом. Кстати, свои колючки ёж использует не только для защиты. Очень любопытное зрелище представляет собой ёжик, несущий на колючках яблоки. Наблюдения показывают, что для этого он катается по куче яблок, пока не наколет хотя бы несколько.
По такому же принципу устроены острые зубы и клыки хищников, клювы и лапы птиц. Эти приспособления не только врага устрашат, но и пищу добывать помогают. Моржи, например, своими огромными бивнями раскапывают на морском дне моллюсков. Львица острыми клыками способна мгновенно умертвить свою жертву, а остальные зубы выполняют роль острых ножниц, отрезающих куски мяса. Насекомые отлично «знают» физику: тонкие жала комаров, ос, пчёл создают огромное давление, прокалывая кожу. Рекордсменом является комар – при укусе он создает давление до100 млрд кПа!
Однако иногда высокое давление только мешает. Например, при движении. Вспомним верблюдов, их называют кораблями пустынь. Масса взрослого верблюда составляет 500-600 кг, а его скорость – от 5 до 15 км/ч. По сыпучим пескам пустыни без специальных приспособлений далеко не уйдёшь. Ноги верблюда заканчиваются широкими ступнями, а сама подошва толстая, без роговых копыт. Именно это позволяет значительно уменьшить давление на почву. Похожее строение имеет нога страуса, что позволяет ему развивать скорость до 70 км/ч.
Самое крупное сухопутное животное – это слон. Его масса огромна, и если бы не четыре массивных ноги с крупными подошвами, нелегко бы ему пришлось при ходьбе! Слоны – отличные ходоки и бегуны, они способны взбираться на скалистые склоны и не боятся даже болот. Всё это возможно благодаря особому строению ступни: под кожей подошвы у них имеется желеобразная прослойка с эластичными волокнами. Когда слон наступает, эта пружинящая масса принимает на себя вес тела и расширяется, площадь увеличивается и давление на землю при этом уменьшается. При вытягивании из трясины ступня снова сжимается, что облегчает ходьбу.
Среди хищников самое малое давление создаёт росомаха. Ступни её ног имеют большую площадь, что позволяет ей легко бегать по рыхлому снегу, загоняя даже лося. А вот на плотном снегу она свои преимущества уже теряет. В занимательной книге Г.Остера «Сборник задач по физике» есть любопытная задача: сравнить давление хрупкой фигуристки Леночки массой 30 кг, катящейся на одном коньке, и коровы (240 кг) на льду. Оказывается, корова на лёд давит меньше – ведь у неё четыре ноги и широкие копыта с большой площадью опоры!
Деревья тоже живут в соответствии с законами физики – чем выше дерево, тем толще его основание, а расходящиеся в стороны корни создают дополнительную опору, уменьшая давление на грунт. Кстати, именно давление служит одним из ограничивающих рост факторов. Ведь если дерево станет слишком большим, оно разрушит себя своим весом.