Профессор Знаев

ПОЧЕМУ ПРОЧНЫ КОСТИ?

Достигнув в строительстве зданий высо­кого мастерства, люди, тем не менее, долгое время не рисковали строить высотные дома. Ведь строительные материалы были не на­столько прочны, чтобы выдерживать огром­ные нагрузки, возникающие при возведении небоскребов.

К тому, о чем мы говорили ранее, об­суждая, на какую высоту поднимаются в де­ревьях соки, надо добавить, что ограниче­ния на рост растений накладывает и их вес. Дерево циклопических размеров раздавит само себя.

Проблема, однако, заключается не только в прочности материала, но и в способах со­единения изготовленных из него деталей со­оружения. Скажем, из легких и длинных де­ревянных бревен можно соорудить каркасы различной формы, а вот из камня нет смыс­ла вырубать длинную перекладину — при испытываемых ею нагрузках от собственного веса такое его применение будет совсем не­оправданным.

Использование металла в строительстве довольно быстро привело к появлению так называемых ажурных конструкций. Иными словами, монтировался «скелет» здания, а уже к нему крепились остальные элементы — стены, оконные и дверные блоки, лестницы и прочее.

Сказав слово «скелет», мы не просто при­бегли к наглядной аналогии. Не только ме­дикам и физиологам известно, какой проч­ностью обладают составляющие его кости. На­пример, бедренная кость человека выдержи­вает нагрузку до полутора тонн (это вес авто­мобиля). Конечно, хорошо, что природа «со­оружает» нас с таким запасом прочности. Но как ей это удается?

Сотни миллионов лет она словно ставила опыт за опытом, отрабатывая жизнеспособ­ные «конструкции». Впоследние  годы были найдены останки нескольких гигантских древних ящеров. Сначала — сейсмозавра («сотрясателя земли»), весившего около 80 тонн. Позже — аргентинозавра ростом свы­ше 30 метров и весом более 100 тонн. И со­всем недавно — анкилозавра, имевшего вес в полтора раза больший, чем у аргентино­завра! Какие же прочные им были нужны скелеты!

Исследование костей показывает, что прочность их строения определяется в том числе и своеобразным распределением со­ставляющих их тканей. Они выстилаются таким образом, что разносторонние — и с торцов, и с боков — нагрузки вызывают прежде всего сжатие или растяжение кос­тей, а не их изгиб. Для сравнения вспом­ните: как легче сломать палку — вдоль или поперек? К тому же основная масса костей сосредоточена в их внешней части, а внут­ри они пористы, практически пусты. Осо­бенно это заметно у птиц.

Такое созданное природой распределение материала удивительным образом совпадает с инженерными находками человека. Напри­мер, люди уже давно поняли, что столбы и опоры не обязательно делать сплошными, можно вполне обойтись трубами. В конструк­циях различных металлических башен порой можно обнаружить буквальное повторение конструкции костей. Таково, например, устройство знамени­той Эйфелевой баш­ни. А вот выясни­лось это чуть ли не через сто лет после ее создания.

Так что теперь при постройке вы­сотных сооружений люди уже намеренно стремятся заимство­вать решения, найденные и опробованные природой.