Лошадью ходи

[i_eron]

Когда вы представляете себя лошадью, как вы бежите? Я бегу рысцой. Задняя левая одновременно с передней правой, а потом другие две, тоже одновременно. Это удобно и естественно. Передняя с каждой стороны отрывается от земли прямо перед тем, как задняя почти наступает ей на пятку. Ещё распределение веса между ногами и отталкивание от земли - человеку трудно бежать на цыпочках и руках одновременно, а лошади удобно, это нужно представить себе внимательно.

А то я тут случайно почитал про кентер (оказывается, по-русски его обычно называют не "кентер", а просто "лёгкий галоп" или даже "обыкновенный галоп" - в смысле, не быстрый), и понял, что это не для меня. То есть, я так вполне могу - в воображении, конечно. Сначала сильно отталкиваемся правой задней, потом падаем одновременно на левую заднюю и правую переднюю и отталкиваемся ими, а потом уже левой передней. Даже весело. Но это неудобно. А наоборот, если поменять левые с правыми, вообще не могу - левой передней будет слишком трудно сотрудничать с правой задней. Наверно, когда человек на самом деле становится лошадью, то в первое время у него ноги плохо синхронизируются при кентере, и усилия неправильно распределяются между ногами, а потом ничего, привыкает. Может, когда он потом становится обратно человеком, приобретённая привычка влияет на то, как он машет руками при ходьбе. Я машу рысцой. Это неудивительно, ведь у двуногих нет собственных причин добавлять такты только ради рук. За окном те люди, которые машут, кажется, тоже все машут рысцой. Но всё-таки довольно по-разному. Может, они и лошадьми скачут по-разному.

"What explains the trot–gallop transition in small mammals?"

Вот тут пишут, что науке известно очень мало про смену аллюра у животных, кроме лошадей и людей. Так что учёные поймали 11 чилийских крыс дегу и померили, как они бегают - в природном состоянии и в раскормленном. Скорость метаболизма им тоже мерили. Переход от рысцы к галопу случался в постоянном узком диапазоне скоростей, одинаковом у толстых и худых. Толстые дышали тяжелей худых, потому что им было труднее бежать, но всё равно переходили на галоп на той же скорости, что и худые.

Учёные на всякий случай ещё вкалывали худым солёной воды, повышая им массу тела на те же 20%, что и у откормленных. Дегу относились к этому спокойно: добрые учёные померили, что процедура нисколько не повышает им стресс. Солёным крысам было так же трудно бежать, как и жирным, но на галоп они переходили одновременно с худыми. У людей, оказывается, тоже так: лишний вес влияет на движение и метаболизм одинаково - что в жировых отложениях, что в рюкзаке. В конце, правда, учёные всё-таки убили откормленных крыс и размололи в кашицу, чтоб померить для своих формул, сколько точно в них было жира.

Люди долгое время думали, что переходят от ходьбы к бегу на той скорости, на которой бег становится выгоднее в смысле калорий. Но оказалось, что это неверно - дело в уровне стресса в ногах, особенно в мускулах у голеностопного сустава. Он связан с простой динамикой, вроде маятника (людям с короткими ногами или на Луне удобно начинать бежать на меньших скоростях, чем с длинными или на Земле). Насколько я понял, лишний вес на нас не влияет - мы вроде крыс.

С лошадьми иначе - они слишком большие и тяжёлые, так что им важнее максимальная мгновенная нагрузка в костях ног. Знаете, как вес зверей растёт пропорционально кубу размера, а прочность кости - только квадрату? Вот, это оно. Поэтому у лошадей на выбор аллюра вес очень даже влияет. И ещё влияет наклон. Наверное, они на бегу чувствуют дискомфорт в ногах не постоянный, как у меня в мускулах стопы при быстрой ходьбе, а мгновенный, в костях, при отталкивании. Кажется, представляю.

Comments

[i_eron]

Можно так смоделировать, я и сам в детстве пробовал :-), но это будет очень ограниченная модель. Она только поможет понять распределение веса и усилий между ногами, да и то очень приблизительно. Лошадь скачет всем телом, у неё одна голова и одна спина, которые управляют поразительной координацией между ногами - на уровне 10ms, а может и ещё точнее. Это не просто так подробности - например, галоп отличается от кентера ничтожной рассинхронизацией двух ног во втором из трёх тактов, и, тем не менее, лошадь почему-то уверенно предпочитает именно галоп в одних условиях и именно кентер в других. Что она чувствует, когда решает сменить один аллюр на другой, что является сигналом для этого, какая у него причина и механизм - мне кажется, это интересно, и, что удивительно, учёные активно, всерьёз и, кажется, довольно успешно это теперь исследуют.

Предпочтение разных аллюров на разной скорости, подъёме и нагрузке зависит от сложного сочетания факторов - энергетического (калории, дыхание, дискомфорт от усталости в тех или иных мышцах), кинетического (суставы-как-пружинки, ноги-как-маятники, дискомфорт от накопления стресса в суставах или в мышцах вокруг), стрессового (сопромат, распределение максимальных нагрузок между костями с данными сечениями и прочностью, зависящее от позы, дискомфорт от мгновенного стресса в больших костях). Вроде, наука сегодня говорит, что у нас с крысами определяющим является второй фактор, а у лошадей - третий.

[dralkin.livejournal.com]

//Что она чувствует, когда решает сменить один аллюр на другой, что является сигналом для этого, какая у него причина и механизм - мне кажется, это интересно

Да, интересно.
Не понял, про "ничтожную рассинхронизацию двух ног". Вроде кентер тот же галоп, но не на макс. скорости.

Мне кажется, что у галопа (и кентера) есть одно принципиальное отличие от шага и рыси. В галопе каждая пара ног движется вперед одновременно (или почти одновременно), а не по-очередно. Например, гепард. Отталкивание от земли может быть сначала одной, а потом другой ногой - но вперед выбрасываются сразу обе. Иначе нельзя, потому что ноги не будут успевать чередоваться, как при обычном шаге или рыси - и на большой скорости придется очень-очень часто семенить, а это утомительно, ведь нужно прикладывать доп. усилие, чтобы разгонять вперед летящую ногу. При галопе число таких усилий в два раза меньше, чем при рыси. Думаю так.

Если у лошади связать пару передних ног и пару задних (сильно сократить размах "маятника" ног), то, наверное, она сможет бежать галопом, а вот рысью и шагом - точно нет. Ширина шага - важный параметр. Чем короче шаг (по разным причинам - усталость или дисфункция), тем при меньшей скорости будет переход на галоп. Маленьким и толстеньким крысам с короткими ножками будет тяжело бежать рысью - они все больше галопом шпарят ))

Вроде энергетически и кинетически вполне можно объяснить переход на галоп. Нет разве?

Про 3й фактор не очень понял.

--
А вот, на гепарде, кстати:

[i_eron]

Кентер трёхтактный - сначала одна задняя нога, потом одновременно другая задняя и диагональная передняя, потом вторая передняя. Галоп четырёхтактный, каждая нога касается земли в свой отдельный момент. Разница между вторым и третьим тактом может быть в немногие десятки миллисекунд, но для лошади это очень существенная разница, она точно чувствует, когда переходить с кентера на галоп и обратно. Рассинхронизация второй и третьей ноги позволяет немного изменить позы, иначе распределить нагрузки. Возможно, путаница из-за того, что по-русски кентер обычно тоже называют галопом, а то, что по-английски галоп, по-русски "быстрый галоп".

"Часто семенить" и "прикладывать дополнительное усилие, чтобы разгонять вперед летящую ногу" - это "кинетика", борьба с собственной частотой ноги, как маятника. Это утомляет мускулы вокруг суставов, которые разворачивают ногу, работают против её кинетической энергии. Наука пишет, если я её правильно прочитал, что это в конечном итоге и есть причина того, что человек и крыса переходят с ходьбы на бег.

Но у лошадей это иначе. Они переходят на более быстрый аллюр на скорости, которая зависит от груза на спине и наклона дорожки. Если бы дело было в ногах-маятниках, скорость зависела бы от длины ног, но не от нагрузки. Вроде бы они это потому, что у них главную роль играет другой фактор ("третий") - нагрузка на кости. Лошади тяжёлые, большие кости их ног несут огромную нагрузку. Эта нагрузка ещё больше в момент удара и отталкивания, из-за вертикального ускорения. Чем больше животное, тем труднее его костям вынести его вес, потому что площадь сечения костей не поспевает за весом (в этом причина того, что людей-великанов не бывает, а киты живут в воде). Лошадь меняет аллюр на той скорости, на которой максимальные моментальные нагрузки на кости становятся выше критических. Распределение нагрузок по циклу времени и между четырьмя ногами разное в разных аллюрах. Я бы сам до этого не догадался, а просто пересказываю, как я понял статьи. Вроде, и модели нагрузок по костям у них есть.

Пишут, что внутри каждого аллюра лошадь склонна к той скорости, которая ей наиболее выгодна энергетически, в смысле затраты калорий. Но на решение перейти на другой аллюр влияет не это.

Гепард очень красивый, спасибо. Каждая нога у него двигается отдельно, держит и толкает его в своё время. Но, насколько я понял, на его движение больше всего влияет "второй фактор", он максимизирует амплитуду качания ног, чтобы не бороться с их собственной частотой, не "семенить", как Вы говорите. Это потому что пишут, что "третий фактор" становится важнее "второго" у животных тяжелее 100кг. Гепард как будто гимнаст или сделан из маятников и пружинок, а лошадь как будто дом или тяжелоатлет.

[dralkin.livejournal.com]

Ага, понял про нагрузки. Спасибо, интересно.