случае (когда лист бумаги был гладким) сила тяжести груза Р и сила реакции опоры R изгибали материал толщиной d (рис. К.14,а). Во втором случае (когда создана складчатая конструкция) изгибающие усилия воздействовали на тот же материал, но при существенно большей его толщине,- как можно видеть на рисунке К. 14,6, это есть толщина L.

В процессе эволюции природа отобрала наиболее рациональные конструкции, в которых при минимальных затратах строительного материала достигается наибольшая сопротивляемость различным нагрузкам. Мы рассмотрели лишь некоторые из таких конструкций. В действительности же интересных природных конструкций гораздо больше.

Можно, например, отметить обеспечение необходимой прочности обычного плоского листа или крыла стрекозы, мухи, бабочки за счет разветвленной системы жилок. Жилки образуют своеобразный каркас, выполняющий основную (несущую) роль; при этом пленка листа или мембрана крыла могут иметь минимальную толщину. Отметим также повышение прочности листа или лепестка цветка в результате сворачивания их в трубочку. Перечень подобных примеров можно было бы существенно продолжить.

Почему человеческая рука представляет собой столь совершенный рычаг? На первый взгляд этот рычаг может показаться, напротив, весьма несовершенным. Он изображен на рисунке К. 15. Под действием силы двуглавой мышцы (сила F на рисунке) рычаг-рука поднимает груз, находящийся на

ладони. Точка приложения силы F находится на расстоянии ОВ- =3 см от точки опоры (от локтевого сустава), а точка приложения силы тяжести Р - на расстоянии ОС=30 см. Условие равновесия для рассматриваемого рычага имеет вид

F-OB=P-OC.

Отсюда следует, что F=P ОС/0В= =10Р. Таким образом, чтобы удержать груз, необходимо усилие

мышцы, в десять раз превышающее силу тяжести груза. Не говорит ли это о несовершенстве руки-рычага?

Легко сообразить, что такое устройство руки-рычага является как раз весьма совершенным. То, что мы проигрываем здесь в силе, не имеет особого значения,- мышца обладает достаточно большой силой. Зато очень важно то, что, проигрывая в силе, мы выигрываем в других отношениях. Небольшое сокращение длины мышцы позволяет в данном случае осуществить значительное перемещение ладони с грузом (мы можем поднять груз даже к плечу). Кроме того, мы выигрываем в скорости перемеш,ения. Мышцы не могут очень быстро сокращаться; к счастью, при таком рычаге этого и не трубуется: скорость перемещения ладони с грузом оказывается в 10 раз больше скорости сокращения мышцы. Итак, проигрывая в 10 раз в силе, мы во столько же раз выигрываем в длине и скорости перемещения груза.

Вообразим на минуту, что мышца была бы прикреплена, например, в середине лучевой кости (в точке D на рисунке К. 15). Такой рычаг позволял бы нам удерживать и поднимать в 5 раз более тяжелые грузы. Но зато мы бы в 5 раз проиграли в высоте и скорости подъема. Если сейчас мы можем поднять груз за одну пятую секунды, то в рассматриваемом случае нам потребовалась бы для этого целая секунда. К тому же какими поистине уродливыми сделались бы наши конечности! Кому нужен выигрыш в силе, если он достигается ценой утраты подвижности, свободы перемещений, изящности строения тела? Именно потому, что природа предпочла

проиграть в силе, наши конечности оказались столь совершенными рычагами.

Почему соки поднимаются по стволу дерева от корней к листьям? Почему начавшая вянуть срезанная ветка оживает, когда ее ставят в воду? Почему вода поступает внутрь животных и растительных клеток, обеспечивая тем самым их жизнедеятельность? Все эти вопросы связаны с интересным физическим понятием, называемым осмосом.

Предположим, что чистая вода и водный раствор некоторого вещества разделены перегородкой, сквозь которую молекулы растворителя (воды) проходят, а молекулы растворенного вещества не проходят. В качестве примера можно привести воду и водный раствор сахара, разделенные перегородкой из целлофана. Пленка целлофана пропускает молекулы воды, но не пропускает молекулы сахара. Предположим, что вода занимает объем А, а раствор сахара- объем В (рис. К. 16). Если

бы мы вдруг убрали разделяющую эти объемы целлофановую перегородку, то тут же началась бы дифсрузия молекул воды из Л в В и молекул сахара из В в А. Через некоторое время в А тл В оказался бы раствор сахара одной и той же концентрации - это означает, что наша система пришла в состояние термодинамического равновесия. При наличии целлофановой перегородки диффузия сахара из объема В в объем А исключается; в данном случае процесс постепенного выравнивания концентрации растворенного сахара в обоих объемах будет идти лишь за счет односторонней диффузии - воды из А в В (см. стрелки на рисунке К. 16). Вот эту

Перегооодна

одностороннюю диффузию растворителя (воды) через полупроницаемую перегородку и называют осмосом.

Явление осмоса можно эффектно продемонстрировать. Целлофановый пакет с раствором сахара опускают в аквариум с водой. Буквально на глазах пакет начинает раздуваться - это внутрь него переходит вода из аквариума. Если концентрация сахара в пакете была достаточно большой, пакет может даже лопнуть.

Что заставляет воду диффундировать через перегородку главным образом в направлении от растворителя к раствору? Почему диффузия молекул воды в обратном направлении отсутствует или, во всяком случае, оказывается более слабой? Ответ на эти вопросы содержится, по сути дела, в самом термине осмос. Слово осмос греческого происхождения; оно переводится как толчок , давление . Попробуем же разобраться, о каком давлении идет здесь речь.

Итак, рассмотрим сосуд, разделенный на две половины целлофановой пленкой (рис. К.17,а). В левую половину налита вода, в правую - раствор сахара. Такая система термодинамически неравновесна. Естественно, она будет стремиться к равновесию, т. е. к выравниванию концентрации сахара в обеих половинах сосуда. Поэтому и начнется односторонняя дисрфузия молекул воды из левой половины в правую, что приведет, очевидно, к прогибанию целлофановой пленки влево (рис. К. 17,6). При некотором прогибе пленки процесс диффузии прекратится. Создается впечатление, что упругая сила прогнувшейся пленки уравновешивает некую силу, давящую на пленку справа.