СИЛА И РАБОТА

Если во время стимуляции мышце дана возможность свободно сокращаться, она укоротится, скажем, на одну треть. Но если прикрепить к ней груз, укорочение будет меньше. Если груз постепенно увеличивать, мышца сможет поднимать его на все меньшую высоту, пока груз не окажется настолько тяжелым, что мышца вовсе не поднимет его.

Таким образом, мы получим кривую зависимости укорочения от силы. Подобная кривая представлена на рис. 11.13; в данном случае при нагрузке чуть меньше 100 г укорочение оказалось уже невозможным.


Намного ли различаются по силе мышцы разных животных? Когда муравей тащит в челюстях зерно, которое весит больше него самого, создается впечатление, что его мышцы должны быть необычайно сильными. Объективное сравнение мышечной силы показывает, что это не так. При сравнении разных мышц нужно, разумеется, учитывать различие в их величине.
Сила, развиваемая мышцей данного типа, находится в прямой зависимости от площади ее поперечного сечения, а не от ее длины. Поэтому можно сравнивать весьма различные мышцы, если относить развиваемую ими силу к их поперечному сечению, как это сделано в табл. 11.2 для мышц разных животных. Хотя многие мышцы слабее, чем приведенные в таблице, верхний предел, по-видимому, примерно одинаков для всех мышц независимо от их принадлежности тому или иному животному, а именно около 4—6 кг на 1 см2 площади поперечного сечения.
Тот факт, что сила сокращения одинакова у такого множества разнообразных мышц, может показаться неожиданным, но его легко понять, если вспомнить о принципиальном единстве самого сократительного механизма. Любое мышечное сокращение основано на скольжении актиновых и миозиновых филаментов, энергию для которого доставляет АТФ. Трудно было бы ожидать, что этот механизм можно улучшить и обеспечить большую силу на еди- 37—1863
ницу площади поперечного сечения, так как максимальная сила зависит от числа миофиламентов, которые помещаются на данной площади, а это число в свою очередь зависит от величины белковых молекул, образующих филаменты[11].

Рис. 11.13. Изотоническое сокращение портняжной мышцы жабы Bufо marinus. Укорочение мышцы падает до нуля при увеличении нагрузки до 97 г. Работа, совершаемая при сокращении, возрастает до максимума при нагрузке около 40% от максимальной, а при дальнейшем увеличении нагрузки снова снижается. (С любезного разрешения Frans Jobsis.)


Когда мышца поднимает груз, совершаемая ею внешняя работа равна произведению веса этого груза на длину его пути.

Это показывает дугообразная кривая на рис. 11.13. Когда нагрузка равна нулю, внешняя работа тоже равна нулю, хотя мышца укорачивается максимально. В другом крайнем случае, когда груз так велик, что совсем не может быть поднят, внешняя работа также равна нулю. Между этими крайними точками внешняя работа достигает максимума, когда груз составляет около 40% наибольшего веса, который мышца в состоянии поднять, а ее укорочение составляет около трети максимального укорочения.
Очевидно, что работа, которую мышца способна совершить,

Таблица 11.2
Максимальная сила сокращения мышц у разных животных



зависит от ее величины. Рассмотрим две мышцы одинаковых размеров, развивающие одинаковую предельную силу на единицу площади поперечного сечения. Если они укоротятся в равной степени, то произведут одинаковую работу. А теперь рассмотрим две мышцы одного поперечного сечения, но разной длины — одну вдвое длиннее другой, причем обе укорачиваются на одну и ту же долю их длины покоя, скажем на одну треть. Максимальная работа их будет находиться в прямой зависимости от их первоначальной длины (т. е. вдвое больше у первой, чем у второй), хотя сила сокращения у них одинаковая (одно и то же поперечное сечение) .
Можно продолжить это рассуждение и сказать, что, поскольку работа есть произведение силы на расстояние, а объем мышцы пропорционален произведению поперечного сечения на длину, работа, которую мышца может совершить при своем сокращении, должна быть прямо пропорциональна ее объему. Разумеется, из этого общего правила возможны исключения, но его все же полезно помнить.
Что касается мощности (работы в единицу времени), то здесь положение совершенно иное. Поскольку время сокращения «бы-
строй» мышцы короче, ее мощность будет больше, чем у «медленной» мышцы. При сравнении мышц слона и землеройки можно ожидать, что 1) у этих мышц приблизительно одинаковая сила на единицу площади поперечного сечения; 2) они способны укорачиваться приблизительно на одну и ту же долю длины покоя; 3) работа, совершаемая при сокращении 1 г мышцы, одна и та же у обоих животных. Однако благодаря тому, что у землеройки мышцы сокращаются гораздо быстрее (т. е. за меньшее время), мощность на 1 г мышечной ткани у землеройки соответственно гораздо больше, чем у слона. Именно это отражают различия в интенсивности метаболизма у разных животных (см. гл. 6), которую обычно выражают в единицах мощности (работа или энергия в единицу времени) и которая намного выше у мелких животных. 

Еще по теме СИЛА И РАБОТА:

1. СИЛА ТЯЖЕСТИ
2. НОГИ — ЭТО СИЛА
3. Портал "ПЛАНЕТА ЖИВОТНЫХ". В коровах наша сила, 2010
4. ГЛАВА 10 Естественный отбор — движущая и направляющая сила эволюци
5. Педагогическая работа
6. Учебная работа.
7. 14.10. ПРАВИЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛОШАДЕЙ НА РАБОТАХ
8. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
9. Работы Ж. Лёба
10. Работы по хозяйству
11. АГРОТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ОСНОВНЫХ ПОЛЕВЫХ РАБОТ
12. СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ
13. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ
14. Основы безопасности при работе со шмелями
15. Работа в огороде