чему у некоторых растений листья имеют складчатую форму? Вот

уже много лет строители внимательно изучают конструкции, встречающиеся в живой природе. Поражает сочетание прочности и легкости, характерное для этих конструкций.

Возьмем скорлупу обыкновенного куриного яйца. Несмотря на очень малую толщину (примерно 0,3 мм) скорлупа очень прочна. Каждый может при желании убедиться, что не так-то легко раздавить яйцо между ладонями, напирая на его концы. Основная причина прочности скорлупы - ее геометрическая форма, при которой усилие, приложенное снаружи в какой-либо точке, передается на всю поверхность. Это можно пояснить при помощи рисунка К.9, где изображена арка, сложенная из камней; форма арки напоминает форму яичной скорлупы в разрезе. Пусть на верхний камень А действует сила F, направленная вертикально вниз. Под действием данной силы камень А не сдвинется вниз, а лишь силь-

нее прижмется к соседним камням В и С; выполненное на рисунке разложение силы F показывает, что камень А будет давить на боковые стенки камней В к С силами F и f 2- В свою очередь, камни Б и С передадут давление на другие камни. Поэтому силе, давящей на арку с внешней стороны, довольно трудно разрушить все сооружение. Зато относительно легко разрушить арку силой, действующей не сверху, а снизу (с внутренней стороны). Недаром яйцо прекрасно выдерживает тяжесть тела курицы-наседки и в то же время легко разрушается, когда клювик слабого птенчика ударяет по скорлупе изнутри.

С точки зрения физики и химии скорлупа куриного яйца - удивительный объект. Она состоит из семи слоев, каждый из которых выполняет свою определенную функцию. Слои не расслаиваются даже при резких изменениях температуры и влажности: перед нами яркий пример совместимости материалов с различными физико-механическими свойствами. Тонкая пленка с внутренней стороны скорлупы повышает ее прочность.

Куриное яйцо - отнюдь не единичный пример прочной природной оболочки. Сюда следует отнести яйца других птиц (а также земноводных), твердую оболочку орехов, панцири черепах, крабов, морских ежей, раковины моллюсков. Все они имеют плавно изогнутую, выпуклую форму, хорошо противостоящую всевозможным внешним воздействиям.

Стебель тростника достигает высоты трех метров; при этом диаметр его в нижней части составляет всего 15 мм. Таким образом, отношение диаметра стебля к высоте равна 1/200. У стебля

ржи это отношение еш,е меньше: 1/500. А между тем стебель несет на своей верхушке еще и груз (колос), масса которого может быть в 1,5 раза больше, чем масса самого стебля. Все это свидетельствует о необычной прочности и устойчивости стеблей. Сильная буря может вырвать с корнем дерево, но она лишь пригибает к земле тонкий стебель злака.

Надо признаться, что прочность и устойчивость злаковых стеблей до- сих пор полностью не объяснена. Определенную роль играет в данном случае пустотелость стебля. Ведь при изгибе внутренняя область стебля (если бы она была заполнена) все равно не деформировалась бы, или, как говорят специалисты, не работала бы. В то же время заполняющее эту область вещество увеличивало бы общую массу стебля, что повышало бы изгибающие и сжимающие силы. Значит, с точки зрения сопротивляемости нагрузкам лольш длинный цилиндр оказывается лучше сллошного цилиндра.

Далее надо учесть, что в целом стебель представляет собой не один, а несколько полых цилиндров, поставленных друг на друга; соединяющие эти цилиндры узлы представляют собой особо устроенные упругие шары-демпферы, благодаря которым стебель в целом оказывается довольно гибким сооружением. На рисунке К. 10 показана верхняя часть стебля пшеницы. Цифрами 1, 2, 3 помечены три шаровидных узла, обеспечивающих гибкость стебля. От узла 1 кверху идет колос; от остальных узлов начинаются листья.

Задумывались ли вы над удивительной прочностью костей жи-

вотных и птиц? При относительной легкости (особенно у птиц) кости оказываются способными противостоять огромным и притом разнообразным нагрузкам; они подвергаются сжатию, растяжению, изгибу. Удары, прыжки, падения, аварийные ситуации - во всех этих случаях наш скелет испытывает, хотя и кратковременные, но особо сильные нагрузки. И, как правило, выдерживает их.

Все это объясняется очень рациональным, с точки зрения механики, строением костей. Здесь хотелось бы подчеркнуть два момента. Во-первых, прочность и легкость костей обусловлена их формой. В качестве примера отметим грудную кость птиц, имеющую

тавровое сечение (рис. К. И,а). Благодаря своей форме эта кость выдерживает сильный напор ветра, с которым встречается птица во время полета. Другой пример - трубчатая форма костей конечностей, позволяющая противостоять огромным сжимающим и изгибающим нагрузкам. Как показали испытания, тазобедренная кость человека, поставленная вертикально, выдерживает груз массой 1,5 т (а ведь это автомобиль Волга ). Во-вторых, следует отметить особенность внутреннего строения пустотелых костей. Примером может служить показанное схематически на рисунке К. 11,6 внутреннее строение головки тазобедренной кости. Пересекающиеся линии на рисунке - это система тонких внутренних перемычек; они ориентированы вдоль направления возможных механических напряжений, возникающих при тех или иных деформациях нагруженной кости. Поэтому какие бы нагрузки ни прикладывались, кость никогда не работает на излом, а только на сжатие и растяжение.

На рисунке К.12,а изображено травянистое растение, называемое манжеткой обыкновенной. Его листья имеют складчатую форму, они напоминают старинные кружевные манжеты. Подобную форму мы встречаем также у листьев бука (рис. К. 12,6). Эта форма придает листьям дополнительную жесткость и прочность. Проделаем следующий простой опыт, демонстрирующий повышенную сопротивляемость нагрузкам складчатых конструкций. Возьмем две книги одинаковой толщины и положим на них лист бумаги так, чтобы он служил своеобразным мостиком (рис. К.13,а). Вряд ли

такой мостик выдержит даже пустой спичечный коробок. А теперь создадим из листа бумаги простую складчатую конструкцию - сложим его гармошкой и сделаем мостик, показанный на рисунке К. 13,6. Такой мостик спокойно держит на себе наполненный спичечный коробок, и даже не один, а несколько.

Это нетрудно объяснить с точки зрения механики. В первом