Задание
Дизайн природы
В физике с помощью физических закономерностей, которые доказываются в эксперименте и формулируются на математическом языке («языке функций»), изучаются механические явления с использованием различных физических моделей (например, материальная точка, абсолютно твёрдое тело и др.) — упрощённых схем, конструкций реальных объектов с сохранением важных, т. е. характерных свойств.
«Инструменты» физики позволяют объяснять явления природы, стремясь к балансу качественного и количественного описания в других науках (биология, химия, география и т. д.).
Природа как естественный дизайнер (от англ. design — проектировать, задумывать), «специалист по удачному проектированию объектов» предоставляет нам различные образцы функциональности и гармоничности в живой природе, демонстрируя принцип — «проверять алгеброй гармонию» (из трагедии А. С.Пушкина «Моцарт и Сальери» (1832): «...Поверил я алгеброй гармонию...»).
Всё совершенство «дизайна природы» можно наблюдать, например, при исследовании истории эволюции животных (особенно позвоночных) — эволюции в большей степени их конечностей по сравнению с другими органами тела, которая демонстрирует различные природные образцы адаптации животных к окружающей среде. Объяснение механических свойств наземных конечностей животных и, соответственно, их механики передвижения находится на границе пересечения физики, биологии и технических приложений физики: происходит переход от исследования плавника рыбы как гибкой лопасти, функционирующей как рычаг по отношению к окружающей рыбу водной среде, к изучению наземных конечностей животных, которые моделируются в виде цепочки жёстких элементов, являющихся опорой для веса их тела.
При моделировании четвероногого наземного животного как абсолютно твёрдого тела (пренебрегаем деформациями внутри тела) были проверены физические условия механического равновесия для реальных животных и была выявлена взаимосвязь между способностью животного поднять ту или иную ногу (лапу) и при этом сохранить устойчивое равновесие, причём последнее определяется пространственной позицией ноги (лапы) относительно центра тяжести.
Нажми, чтобы прочитать дополнительную информацию про физическое понятие «центр тяжести».
Установи на рисунке 1 верное расположение точки, в которой находится центр тяжести тела животного, сделав выбор из точек 1–5, чтобы животное, отрывая от земли любую из левых конечностей, сохраняло равновесие своего тела.
Обозначения на рисунке: точки A, B, C и D — точки приложения сил давления ног (лап) животного.
Рис. 1. Схематичное изображение наземного четвероногого животного (вид сверху)
Ответ
Точка 2, т. к. при отрыве от земли верхней или нижней левой конечности животное удерживает тело либо в одном, либо в другом треугольнике (ACD и ABD) соответственно.
Точка 1, т. к. при отрыве от земли верхней или нижней левой конечности животное удерживает тело либо в одном, либо в другом треугольнике (ACD и ABD) соответственно.
Точка 3, т. к. при отрыве от земли верхней или нижней левой конечности животное удерживает тело либо в одном, либо в другом треугольнике (CBA и DBC) соответственно.
Точка 4, т. к. при отрыве от земли верхней или нижней левой конечности животное удерживает тело либо в одном, либо в другом треугольнике (ACD и ABD) соответственно.
Точка 5, т. к. при отрыве от земли левой или правой левой конечности животное удерживает тело либо в одном, либо в другом треугольнике (ACD и ABD) соответственно.