动物骨骼为什么是空心的,从力学角度分析它的意义

动物骨骼为什么是空心的,从力学角度分析它的意义,第1张

鸟类的骨骼坚薄而轻,骨头是空心的,里面充有空气。解剖鸟的身体骨骼还可以看出,鸟的头骨是一个完整的骨片,身体各部位的骨椎也相互愈合在一起,肋骨上有钩状突起,互相钩接,形成强固的胸廓。鸟类骨骼的这些独特的结构,减轻了重量,加强了支持飞翔的能力。

同时,在相同重量的情况下,空心材料具有更强的抗压,抗剪切能力

你说的“骨头空”,应该就是指没有骨髓的完全空心吧?确切的说,不是所有鸟类的骨头都是空的,譬如鸵鸟和企鹅的骨头就不是空的,即使是会飞的鸟,也不是身体骨骼都空心,主要是翅膀的肱骨、尺骨和桡骨有一定程度的空心,主要目的还是减轻身体比重,增加空气浮力,另外,空心骨骼比实心骨骼具有更好的韧性,是对飞行生活的一种适应。

根据生物体的力学特性:

横梁受到弯曲载荷,会在横梁的顶部产生压应力,底部产生拉应力,越往中部应力越小。一般来说,任何形状的梁的中部都受到很小的应力。

在弯曲载荷下,弯曲变形最大的部分往往在骨的中部。而较高强度的骨密质在长骨的中部最厚,在两端较薄,正好适应受力的需要。人体骨的管形结构在弯曲载荷和扭转载荷下充分体现了其结构的最优化。

人体的长骨,如股骨、胫骨、肱骨等以其合理的截面和外形而成为一个优良的承力结构。其圆柱外型可以承受来自任何一个方向的力的作用;其空心梁和同结构的实心梁具有同样的强度,而可节省约1/4的材料,这样就可以用最少的材料而获得最大的强度,同时达到了质轻的效果。


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