Влияние дополнительных конечностей на скорость инопланетного существа

Для контекстуализации, в моем мире явление вызвало появление аномальных «существ» (из-за отсутствия лучшего термина). Среди них я планировал иметь «существ», способных бегать со смехотворной скоростью по сравнению с чем-либо, основанным на земной биологии. Однако при исследовании того, как работает движение и скорость животных, в том числе на этом SE, главный вывод, к которому я пришел, заключается в том, что любая машина или организм, который полагается на конечности для передвижения и ускорения, всегда будет обязательно менее эффективным, чем то, что использует колеса. или протекторы из-за того, как работает трение, а также из-за других деталей (поскольку колесо обычно всегда остается в контакте с землей, способным прикладывать постоянную силу, отличается от системы лап, которая естественным образом требует отрыва конечностей от земли и имеет меньшую общую площадь поверхности в любой момент во время бега). Чтобы попытаться смягчить эту проблему, я планировал сделать своих существ по общей анатомии похожими на домашнюю многоножку, иначе говоря, у нее будет несколько ног, каждая из которых длиннее предыдущей, чтобы избежать столкновения, чтобы у нее всегда была хотя бы одна конечность. (или пара конечностей) на земле все время, по сути, пытаясь приблизиться к почти постоянному контакту колеса с землей (первоначально я планировал всего 10 ног).

Однако то, что я нашел о движении и плане тела домашних сороконожек, перестало быть мне полезным, так как я хотел, чтобы мои существа были намного крупнее (около 2,5 метров в длину и ~1,5 метра в высоту, с максимальным весом не выше 200 кг), и я не мог найти ничего, что могло бы мне помочь при таких размерах. Тот факт, что жуки-тигры пропорционально намного быстрее, несмотря на то, что у них всего 6 конечностей, также заставил меня усомниться в том, что этот подход действительно приведет к большей максимальной скорости.

Идеальной целью было бы, чтобы существа могли поддерживать скорость 150 км/ч в течение длительных периодов времени, с максимальной скоростью бега ближе к 500 км/ч (в обоих случаях предполагается, что существо бежит по прямой линии, не встречая препятствий). Конечности существа заканчиваются двумя пальцами с когтями и специальной грубой кожей, используемой в основном для максимального сцепления. В основном они живут и бегают по местности, очень похожей на равнинную Савану.

Оставив такие заботы, как проблема перегрева и сопротивление материалов, из которых сделано существо (это не моя главная забота, так что пока просто предположим, что существо неразрушимо и полностью способно выполнять необходимую работу, не беспокоясь о такие проблемы, как перегрев), является ли такой подход с большим количеством конечностей эффективным выбором, чтобы сделать мое существо более быстрым бегуном в целом? Я не мог понять, может ли добавление конечностей дать какое-либо значимое преимущество, или же строение тела многоножки с ее задними (или?) конечностями длиннее, чем предыдущая пара, не вызовет проблем, связанных с сопротивлением, учитывая размер существа и скорость, с которой оно будет бежать, или, по крайней мере, не в масштабе животных размером примерно с лошадь (примерно 2 метра в высоту).

Если я забыл добавить какие-либо важные детали, сообщите мне, чтобы я мог их добавить.

Просто с точки зрения энергии, вашим быстрым многоножкам, возможно, потребуется съедать больше, чем их масса тела каждый день, чтобы иметь возможность бегать так быстро.
@ Александр - они, скорее всего, должны быть плотоядными, чтобы получить необходимое им количество энергии.
@Paul из 3 основных классов питательных веществ белки являются худшими с точки зрения энергии. Сахара — это топливо, а жиры — запасы энергии, но белки предназначены для строительства/восстановления тела, а не топлива. Я бы сказал, что лучшая диета для быстрого зверя — это кукуруза, картофель, сахарный тростник, рис и т. д.
Честно говоря, если перегрев не является проблемой, вы можете просто выбрать лучшего гепарда.
@AdrianColomitchi - Я еще никогда не видел медленного гепарда! Ну, может быть, если бы оно захлебнулось от картофеля!
@Paul, вы можете ошибаться, в целом жиры всасываются в пищеварительной системе последними - будучи нерастворимыми в воде, они нуждаются в этом длительном расщеплении по линии: нейтрализация кислоты в желудке, эмульгирование, расщепление жирных кислот и глицерин, всасывание . Напротив, сахара растворимы в воде и нуждаются только в расщеплении длинных цепочек крахмала (начинается во рту) на простые сахара (фруктоза, глюкоза) с последующим всасыванием.
@Paul «Я еще никогда не видел медленного гепарда!» Значит, ты никогда не смотрел достаточно долго. Возможно, если бы вы наблюдали за ним в течение 1 минуты или около того, вы бы увидели его. Между тем требования вопроса включают: «Идеальной целью было бы, чтобы существа могли поддерживать скорость 150 км/ч в течение длительного времени » .
@AdrianColomitchi - честно говоря, я не думаю, что есть еда, которая могла бы обеспечить необходимое питание без необходимости останавливаться каждые несколько минут, чтобы пополнить запасы. Калории, необходимые для разгона до 150 км/ч на любом расстоянии, истощат большинство животных в мгновение ока. Даже при большом количестве углеводов они проглотят его так быстро, что им придется часто дозаправляться. Это также привело бы к большому количеству поиска углеводов в этом районе. Тоже интересно почитать на эту тему.
@Paul «Я не думаю, что есть еда, которая могла бы обеспечить необходимое питание», и не делает этого «... без необходимости останавливаться каждые несколько минут, чтобы пополнить запасы», это может занять немного больше времени, но не намного. «Максимальный вес не более 200 кг», движущийся со скоростью 150 км/ч, требует 173 кДж только для ускорения на этой скорости . Это около 20% энергии, потребляемой среднестатистическим человеком в день. При расчете на тело весом 200 кг, при прочих равных условиях, это будет означать около 7-8% энергии зверя в день.
@AdrianColomitchi - да, для одной массы без движущихся частей в вакууме это будет 173 кДж энергии. Тогда у вас есть каждый отдельный сегмент каждой ноги для движения и все сегменты тела для учета. Вам нужно учитывать атмосферу (чем выше скорость, тем больше сопротивление воздуха). На самом деле базовая формула этого не учитывает. Я бы сказал, что потребление существом своих запасов энергии намного превысит то, что вы там говорите, и это только для того, чтобы достичь такой скорости.
@ Пол говорит, что это вдвое больше, только для ускорения, и у вас есть 16% от энергетического бюджета. Осталось 84%. В зависимости от того, как он движется и условий местности, он может длиться несколько часов, после чего ему нужно будет отдохнуть в течение дня . Биологическое тело не похоже на машину: вы заправляете ее и можете ехать; «максимальная суточная доза» — это максимальная энергия, которую организм способен переварить за день. Набивая его морду чем-то большим, чем он может прожевать, вы только создадите проблемы.
требование максимальной скорости 500 км/ч (~150 м/с) возлагает ответственность на аэродинамику вашего животного. 1/2 rho v² caero означает (при условии, что вы бегаете в земном воздухе) означает, что вам нужно приложить в 25 раз больше мощности, чем нужно гепарду на скорости 100 км/ч, если ваш caero остается похожим на гепарда.

Ответы (4)

Скорость животного зависит от длины и частоты шагов, чем они больше, тем выше скорость животного.

Частота шагов зависит от силы и веса, при этом конечности действуют как маятник, поэтому животные с более высокой частотой шагов, как правило, имеют конечности, которые концентрируют свою мышечную массу высоко в конечностях ... скорее страусиные ноги. чем человеческие ноги.

Чтобы использовать механический пример, рассмотрим механический метроном. Чем ближе вес к точке вращения, тем быстрее будет тикать метроном.

Однако быть достаточно сильным для бега означает, что конечности должны иметь определенный вес, чтобы они не сломались под возложенной на них нагрузкой. Чтобы сделать конечности легче, все существо должно быть легче.

Далее дело за походкой. При ходьбе животное всегда стоит хотя бы одной ногой на земле. Однако при беге бывают периоды, когда все ноги отрываются от земли. Однако аэродинамическое сопротивление имеет тенденцию замедлять существо во время этих неподдерживаемых частей цикла походки, поэтому аэродинамическая форма имеет определенное значение.

Специфика цикла походки у существ с более чем 2 конечностями влияет на скорость и маневренность существа. Самый быстрый цикл ходьбы — это цикл, в котором ступни касаются земли последовательно с минимальным перекрытием.

При рассмотрении животных с более чем 4 конечностями преимущество, которое они дают в скорости животного, зависит от того, сколько конечностей необходимо, чтобы поддерживать вес животного во время бега. Чем выше соотношение между количеством ног и количеством ступней, необходимых для того, чтобы коснуться земли, тем большее расстояние преодолевает каждый цикл походки. Большинство насекомых с 6 ногами имеют соотношение 6:3, что на самом деле не лучше, чем 2:1, с дополнительным недостатком, заключающимся в том, что насекомые, как правило, не имеют периодов без опоры в своем цикле ходьбы. Паукообразные также, как правило, имеют соотношение не лучше 8:3 без периодов без поддержки.

Итак, если бы у нас было шестиногое существо с коэффициентом контакта с землей 6:1, с длинными, легкими конечностями и длительным периодом без опоры, у вас, вероятно, было бы особенно быстрое существо. Восемь ног с контактом с землей 8:1 были бы еще быстрее, но, учитывая вес всех конечностей, такое соотношение контакта с землей может быть недостижимо, если бы конечности не были слишком громоздкими и медленными.

Есть еще факторы в игре. Возьмем, к примеру, гепарда, самого быстрого наземного животного на Земле. Даже его позвоночник играет роль в его большой скорости. Сгибая и разгибая позвоночник во время галопа, он увеличивает скорость бега примерно на 5 км/ч из-за воздействия на углы таза и плеч по отношению к позвоночнику. Однако это специфично для строения тела млекопитающих. У других существ могут быть другие особенности, которые могут обеспечить большую скорость.

Таким образом, просто добавление дополнительных конечностей не обязательно сделает существо быстрее. Многоножки довольно быстрые, но многоножки с большим количеством ног на самом деле медленнее. Все зависит от факторов, о которых я говорил выше.

Есть только одно обстоятельство, которое позволило бы двигаться быстрее любого существа с конечностями: перекатывание.

Существо, способное катиться — возможно, змееподобное существо, которое может свернуть себя в кольцо, или, возможно, круглое существо — могло двигаться, искажая свою форму, так что гравитация тянула его вниз и заставляла катиться вперед. Скорость, с которой он мог бы двигаться, зависела бы от его размера и скорости, с которой он мог бы изменять форму своего тела, а также от местной гравитации и местного наклона. Влияние центростремительных сил на его тело также будет иметь значение.

Однако это было бы относительно нишевым средством передвижения, зависящим от наличия достаточно гладкой, плоской земли, по которой можно было бы катиться. Препятствия могут легко оказаться опасными или смертельными на достижимых скоростях.

Преимущество кувыркающейся локомоции состоит в том, что (вероятно) нет возвратно-поступательных движений конечностей, потребляющих много энергии, а требуемый диапазон движений относительно невелик. Существо должно быть способно преодолевать значительные расстояния и достигать более высоких максимальных скоростей, чем существа, использующие несколько конечностей.

Вероятно, это единственный разумный способ достичь скоростей, упомянутых в вопросе ОП, не требуя смехотворно высоких затрат энергии и имея неоправданно низкий уровень выносливости.

Многоножки быстры, потому что их тела похожи на змеи, а не потому, что у них так много ног.

Больше ног не является бонусом к скорости. Важно не количество ног, а их длина и другие факторы.

Что вам нужно, так это более быстрая и выносливая лошадь или газель. Или кенгуру, созданный для скорости, с более длинными и мощными задними ногами. Как только кенгуру начинает двигаться, он может двигаться довольно быстро в течение длительного времени, потому что большую часть времени он находится в воздухе.

Красный кенгуру может бегать со скоростью 70 км/ч и является самым эффективным из известных нам наземных животных для быстрого преодоления дистанции.

Почти все примеры в природе показывают, что четвероногое животное, приспособленное к бегу, будет иметь большую максимальную скорость по сравнению с двуногим. Сравнение максимальных скоростей страусов, кенгуру и других двуногих (максимальная скорость около 70 км/ч) с гепардами, лошадьми и другими четвероногими (максимальные скорости ближе к 80 км/ч, с максимальными скоростями, близкими к 100 км/ч) сводится к разум.
Нет, просто нет. Я не знаю, с чего начать подробное описание ошибок в этом ответе. В каждом абзаце какая-то ошибка...
@MontyWild не так много абзацев, назовите несколько ошибок. Красный кенгуру не может бежать со скоростью 70 км/ч, как написано в ссылке? Или вы просто дуете ветром?
Многоножки быстрее, чем многоножки, потому что их ноги намного длиннее, чем у многоножек. Наличие змееподобных тел не имеет значения, поскольку они не скользят.
Большее количество ног может дать более длинный цикл походки... до точки, когда лишний вес должен поддерживаться несколькими ногами, что замедляет существо.
Лошади и кенгуру уже довольно оптимизированы. Были бы компромиссы, чтобы сделать их немного быстрее, которые имели бы другие недостатки.
Кенгуру вообще не бегают , а прыгают. Их эффективность обусловлена ​​тем, что их эластичные связки сохраняют большую часть энергии удара о землю в каждом цикле ходьбы.
@MontyWild так ... почти так же, как мы прыгаем на марафон? Я думаю, вы не видели, как бегут многоножки, S-образная форма меняется там, где их ноги касаются земли, имеет огромное значение. Подобно тому, как позвоночник гепарда позволяет его ногам ударяться о землю совсем иначе, чем у собаки или свиньи.
@Kilisi Я изучал передвижение животных в зоологии в университете, и этот ответ является кратким изложением этого. Многоножки «скользят» как змеи, облетая препятствия, а не как плавающие угри, и их ноги делают более короткие шаги внутри кривой и более длинные снаружи. Их походка не синхронизирована с волнообразными движениями.
@MontyWild верните ваши деньги, я видел много сороконожек, меня тоже пару раз кусали ;)

Больше ног может работать как средство ускорения, но только до определенной степени. Наиболее эффективная модель запускает животное вперед одной парой ног, а затем запускает снова, когда начинает действовать замедление. Будь то другая пара или та же самая, пока у животного есть скорость, чтобы достичь этого, животное будет получать максимальную скорость от своих ног. Другие факторы скорости зависят от формы или силы ног.

Есть два пути, по которым это может пойти -

Во-первых, эти конечности способствуют скорости, например, дополнительные ноги или более длинные конечности, чтобы он мог двигаться быстрее. Многие четвероногие животные передвигаются быстрее, чем двуногие, потому что у них может быть более длинная дистанция шага. Например, люди достигают максимальной скорости намного меньше, чем большинство четвероногих животных.

Второй путь, по которому это может пойти, — это сделать их медленнее. Эти дополнительные конечности являются дополнительным весом, который может значительно замедлить их. Например, несмотря на то, что слон сильнее антилопы, антилопа будет двигаться быстрее, потому что у нее гораздо меньший вес.

Влияние дополнительных конечностей на скорость инопланетного существа
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v