我们的1654_分卷阅读_729

    思考：

    1.跳蚤，跳的高度可达身体长度的百倍以上。假如跳蚤如《跳蚤之歌》里的情况，可以长大，设跳蚤原始长度3毫米，长到1000毫米，体型不变。那跳蚤可以跳身体长度的多少倍？*

    2.举重比赛，按照选手的体重分级进行。类型分为抓举和挺举。尝试计算各个级别冠军选手比赛时的功率，并把功率和体重进行比较。*

    3.拳击也按照体重分级。最轻的是48公斤级别，最重的是86公斤以上级。虽然重量级选手敏捷低于迷你轻量级，但是绝对力量差异太大。并且重量级攻击范围大，纯粹是虐待。所以公平竞争就设置在同一层面进行，不是死亡竞赛。

    4.现在动物的尾巴一般是起平衡作用，在运动时，尾巴的移动可以让身体在快速奔跑中转向。恐龙时代的大型草食动物，经常有个大尾巴，除了平衡身体外，是对付肉食恐龙的有力武器。虽然动作迟缓，但尾巴会对较小肉食的恐龙造成致命打击。可以说挨一下就离死不远。

    5.在直径细小的管道中，水分子和管壁之间有吸引力（成为附着力），而水分子之间有吸引力（称为内聚力）。如果附着力大于内聚力，那么水就自动在管道内上升，当表面张力和上升形成的重力达到平衡时，上升停止。管道越细，则管道的侧面积相比管道的体积越大！而表面张力和管道内径同尺度下降，但水的重量则是二重尺度下降。因此水上升更高的高度。这一现象称为毛细现象。当树木的高度超过10米后，可以想象，树叶的水分全凭毛细管道输送水。

    人体的支撑是骨骼。当外在力量过大时，骨骼无法承受，发生断裂。断裂有2种情况，骨折和线性骨折，分别是横向断裂和纵向断裂。一般横向断裂比较普遍，那么骨骼的承受力就和骨骼的橫截面相关。如同肌肉情况，骨骼在人体身高增加时，承受力增加速度赶不上体重的增加速度，相比以前承受能力下降！

    老鼠上窜下跳，下落高度是身体长度的若干倍，不需要缓冲，直接就跑了。猫的体型比老鼠大4倍以上，但也可经受高空下坠。小孩子经常摔跤，哇哇大哭，但是不容易受伤。相对骨骼和体重，体型越小，越不容易受伤。英国小说《格列佛游记》，里面有大人国和小人国。按照上述分析，大人国的人都不能咳嗽，一咳嗽就骨折。而小说里面小人国的人摔伤了，这个不应该。现在有很多电脑动画技术包装出来的所谓大片，经常出现一些巨大无比的神奇动物。比如说大猩猩，手掌里面可以坐个成年人，快赶上乐山大佛了。在电影里面，大猩猩金刚呼风唤雨，挥斥方遒，动作敏捷的像只猫。先不说基因能不能让金刚长这么大，就它的动作，保准浑身粉碎性骨折，摔倒在地，进一步将骨骼细小化。而且头不能着地，不然马上头骨破裂。但控制头部的颈椎无法阻止头部的惯性，立刻脖子折了。结局只有一个：死亡。地球上出现最大的陆行动物是梁龙科恐龙，除去那些脖子和尾部，躯干最长也就10多米。缓慢地行走在侏罗纪森林草原边缘。

    思考：

    1.篮球运动员经常脚踝受伤，足球运动员经常膝盖受伤。观察那些易受伤运动员的体型和人种差异。当然技术因素很重要，技术好了就不容易受伤。换而言之，可以将受力缓冲下来或用更结实的部位承受。

    2.陆地上的动物，个头最大、体重最重的动物都是草食动物。目前最大的是非洲象，肉食动物最大的是北极熊。但非洲象比北极熊大得多，为什么？恐龙时代的肉食恐龙最大的是棘龙，体长17米，体重8吨。根本无法和100吨以上的草食恐龙比较。目前地球上最大的动物是海中的鲸鱼，在恐龙灭绝后1000万年开始进入水中。其祖先是偶蹄动物，和河马关系比较近。蓝鲸可以长到30米，体重150吨以上。并且不像30米长的恐龙，依靠脖子和尾部凑数。蓝鲸可是实打实的从头到尾都流线型，都是肉。和通常的白色鱼肉不同，鲸肉和牛肉差不多。巨大的鲸鱼张大嘴，滤食浮游生物，或对着磷虾群肆虐。虎鲸是最大的海豚，常常捕食其他海洋哺乳动物。体长8米，体重5吨。同样在海洋中，最大体型的也是类似于草食行为，而肉食类型的体型相对小。为什么海中动物可以长得如此庞大？

    3.眼睛。草食动物的眼睛都长在头部的两侧。而肉食动物的眼睛都长在头部的前方。双眼在前方，方便定位方向、距离，利于安排捕食方案。眼睛长在两侧，方便观察四周，同时这些动物的耳朵还可以转动，进行被动声音侦测。在视线不佳的情况下，某些肉食动物可进行主动声音侦测，比如蝙蝠、海豚。如同探照灯的效果。另外一些可夜行的肉食动物，视网膜后面有反光层，增强视力。在晚上看起来眼睛发亮，像个小灯泡似的。如果动物生存环境中没有太大威胁存在，那么眼睛也趋向前方，便于搜索食物。考古发现动物头骨，眼睛的位置，结合其他部位的骨骼化石，就可以大致确定动物究竟是草食还是肉食。（极端情况，野兔逃跑时，不必回头，双眼就可以聚集在身体后方，观察捕食者。）

    4.支撑身体的骨骼，基本都是圆柱形，为什么不是扁的？事实上，圆柱形的骨骼抗弯折能力最强。扁的骨骼有一个方向抗弯折能力强，一个方向弱。身体的支撑框架，并不确定意外受力的方向，因此需要保持各个方向都有相同的抗弯能力。在身体某些部位，因为结构的关系，可以保证受力一定是特定方向时，骨骼就可以长成扁的、或其他形状。

    5.骨折中线性骨折很少，因为骨折承受纵向能力很强。棒状的物体，最易横向折断。我们身体的支撑框架，都是让骨骼纵向受力。就如同楼房，上下方向没有问题，但是横向相对脆弱。同样树木生长也是这样，刮大风，树木被刮倒，经常是半腰折断，或者连根拔起。除非树木中心的木质全部腐朽，无法承重，导致树木自然死亡。树木的长高过程中，直径的增长速度大于高度的增长速度。不需要做材料力学分析，仅仅是纵向承受能力大于横向承受能力。当树越高时，树冠越大，横向的风力就越大，加上树木上部分的重量，腰围就要更粗才能抗得住。并且大风在树冠上的作用力，对树木而言就是一根杠杆，离树冠越远，受横向力越大，因此树木是树根最粗，越靠近树冠越细。世界上年龄最大的树，西非一颗8000岁的龙血树，死于一场风暴。美国太平洋杉树可长百米以上，地面上树径可以开辟铁道，容纳火车通过。

    6.动物采用的策略。现在所有的动物，无论大小，其体型都可类比为圆柱形，至多是圆柱的直径和长度比例有区别而已。我们的四肢，躯干，虽然不完全是圆柱形，但也相差不远。这样的体型，在体长增加后，加在骨骼上的横向重量增加比例和骨骼的承受能力是同步增加。理论上骨骼效能完全不变。但动物毕竟不是烟囱，体型是介于圆柱和立方体之间，更像圆柱。这样就降低了骨骼受损的风险。

    恒温动物都要进行代谢，产生热量维持体温，提供能量来行动，或逃跑或追逐。那么动物要吃多少东西才能满足基本要求：保持体温呢？假设体型不变，体长增加，胃部容量和体积同步增加。那么胃部摄入食物量和体重同比例增加，而散热是皮肤面积，增加速度比食物摄入量小。因此体型大的动物可以摄入相对少的食物维持体温（不用吃饱）或者胃容量减小。体型增加后，体重增加，运动能力可以换算成能量关系，即维持同等速度情况下，能量消耗和体重同比例增加。假设动物有2个胃，一个维持体温，一个维持运动能力。那么维持体温的胃就可以不用吃饱，而维持运动能力的胃就要吃饱。整体下来，体型增加后，食物量比体重增加的要少些。少多少呢？要看动物的运动情况。大量的巨型动物，比如大象、犀牛、长颈鹿，对运动能力要求不高。因为基本不受到攻击。所以这些动物主要是维持热量，那么吃草量增加不需要太高就足以维持生命了。而像狮子老虎这些动物，维持运动能力非常重要，因此食量和体型增加快同步了。当然多数时间它们也休息。

    小动物的悲惨命运。当体型减小，散热带来大问题，小动物的食物量补充必须满足热平衡。不然就是死亡。相比大动物，食量不足，就必须质量补充。小动物吃的食物热值都很高。小鸟食谱：昆虫（蛋白含量50%以上、基本没什么浪费的成份），种子（淀粉含量高，某些种子油脂含量高，热值更大），以前说麻雀是四害之一，吃谷物。但麻雀除非专门喂食谷物，依靠自然条件下获取的谷物会饿死。昆虫才是麻雀的主食。蜂鸟，更小的鸟，吃花粉花蜜（蜂蜜的原材料，热值应该更高，不然蜂鸟就饿死）。鸵鸟个头大得多，吃植物就可以了，偶尔补充点昆虫，植物？热值很低，唯一的好处就是不会乱跑。哺乳动物的幼体都必须喂奶，奶的营养价值很高，但热量不足，所以一会就要吃，每天开饭的次数比成年体高的多。现代人类的哺乳能力下降，替代品很多，只是要小心三聚氰胺。另外免疫能力也是值得注意的问题。松鼠，寒温带都可以生活，冬天存储大量松子。松子里面含大量油脂，热值是面包的四倍以上。饲料小动物要注意，忘了喂食很容易饿死。但老虎一周吃一次，一次管一周。

    思考：生存的代价

    1.巨型草食动物：运动能力弱，力量足，没有天敌，植物为食。但植物普遍热量低，营养差。好处就是随处可吃，不必埋伏追逐。为了维持生命，大象一天16小时在进食。因为食物相对充裕，生存环境相对好，其食物利用率仅40%。生活在北极苔原的猛犸，气温太低，食量更大，整天都在寻找食物，每天进食时间超过20小时。最后幸存在弗兰格尔岛上，因食物匮乏而侏儒化，但侏儒化不利于保温。最后在冻死与饿死之间做选择！现在生活中同一区域的麝牛、驯鹿不得不在食物丰富季节积攒大量脂肪来防荒，棕熊北极熊攒脂肪则是食用大马哈鱼及鱼子、花蜜等热值高的食物。大中型食草动物：运动能力强，天敌多，采食时的防备猎手攻击，所以食物利用率必须高。我们用羊肠小道来形容道路曲折漫长。羊生活的环境不如大象优裕，食物不能浪费，漫长的肠道对营养细细进行吸收。牛、骆驼等动物采用反刍来强化分解，增强吸收。马、袋鼠、兔利用肠道细菌帮忙分解植物，榨尽植物最后一点价值。冷兵器时代，骑兵是快速机动部队，马就不能仅仅吃草，需要豆类、大麦等高质量食物做补充。

    2.大型肉食动物，运动能力强，食物都是肉类，易于消化分解，所以肠道较短。根据肠道的长度，就可以区分出食谱究竟是草食、杂食或肉食。但是获取食物必须进行运动战、埋伏战或化学战。运动战，要求速度快，力量足够，敏捷或韧性。猎豹，速度快，力量敏捷都足够，就这样捕食成功率10%。鬣狗，群体作战，还可以打劫猎豹，成功率高很多。狼，群体作战，韧性很强，战术灵活多变，环境恶劣的地区也能生存。狮子，也是群体捕猎，可以有效防止被打劫。埋伏战，要有足够的耐心，争取做到一击必杀。蟒蛇的埋伏，吃一次要管一年的生活。鳄鱼，一年才能遇到一次动物迁徙饕餮大餐。化学战，无论是科莫多龙的毒液、蝰蛇的毒液或蜘蛛的毒液，都为降低本身的风险。（非洲猎人烘烤有毒树皮，取汁液涂满足箭头上。南美猎人烘烤有毒青蛙皮肤，将分泌物涂满在箭头，以提高效率。箭毒木，箭毒蛙，名称就是这么来的。）多数情况下，猎物不反击，失败带不来伤害，只是饥饿。但猎手之间存在竞争，猎手的威胁来自同类划分地盘的竞争、配偶的抢夺，其他类型猎手的攻击。肉食动物整体数量远少于草食动物，疾病的威胁也非常大。在竞争中，群体捕猎团队逐渐取得优势，通讯方式、战术组合、目标选择、指挥等因素使得智商提高非常快。当占据猎手阵营顶端时，威胁就来自内部。非洲黑猩猩可以设计战术陷阱，有组织地消灭敌对群落。虽然是猎手角色，但没有高枕无忧的存在。

    3.小动物的食物热值高，消耗大。因为散热快，身体的供给也要快。造成小动物代谢速度快，心跳快，呼吸也快，寿命短。并且小动物多数情况都是猎物，为了可以生存下去，小动物的繁殖早，生殖数量多，不求活得长，但求生的多。以量取胜，比如啮齿动物。

    4.哺乳动物的一生心跳次数基本为常数。心跳慢的寿命长，心跳快的寿命短。寿命和母体的怀孕时间成比例，怀孕期越长，寿命越长。大象孕期1年半。人类的孕期近2年。但是由于头部发育太快，10个月不生产就生产不出来了。出生后1年，才能开始走路。自然出生的幼体，除了一些早熟体，都是出生后就可以行动。由此可见人类的寿命很长。（龟不是胎生。象龟个头大，寿命长，长期不进食也可以生存。早期航海缺乏新鲜肉，象龟就是天然的鲜肉罐头。所以快绝种了）巨型草食动物的平均寿命也都比较长。寿命长的风险是性成熟晚，幼年和少年时期太长。而幼年和少年时期总是危险的，各种猎手目标都可以对准这些没有反抗能力，但报酬却很丰富的猎物。另外孕期长，生育周期长，出生率就低。总之，没有医疗和武装，寿命长的物种也不具有优势。

    人们进行各种运动竞赛，比较不同的运动能力。比如力量、速度、耐力、技巧、灵活等等。对哺乳动物肌肉研究发现，单位面积的肌肉力量相同（肌细胞直径1毫米，长数厘米，内部有肌原纤维，直径1微米，以2.5微米为一节，内部是肌球蛋白和肌动蛋白微丝交错，肌肉收缩时是肌动蛋白滑动，引起肌原纤维节缩短造成。那么力量就是肌动蛋白滑动力的总和，因此肌肉的橫截面大小就意味着肌原纤维的数量多寡，就决定着力量的大小。肌动蛋白滑动需要消耗atp，大约60%的能量转为做功，效率很高。），那么力量大小决定于肌肉横截面。肌肉做功的长度取决肌肉收缩的长度，和肌肉长度本身成比例。举重比赛，体重越大，举起的重量也越大。身材越大，优势越大。

    在速度比赛中，力量大并不意味着速度快，前面分析指出，身材越大，力量和体重比值反而减小。那是否意味着速度快需要身材小？身材小，意味着腿短，可能跑两步才相对于腿长选手跑一步。因此速度最快的选手身材不是最大，也不是最小，而是中间某个值。100米短跑完全是极限速度的比赛，肌肉的瞬时功率越高越好。世界纪录保持者是牙买加选手博尔特，身高达1.96米，创纪录时体重86公斤。按照他的身高，体重偏轻，体型是瘦长型，风阻力相应小些。牙买加还有著名的女子短跑选手奥蒂，看来牙买加黑人的快肌比例高。类似比赛：跳远，跳高，都是在力量、体重、身高之间进行平衡。

    耐力比赛最著名的就是马拉松比赛，这个明显是体重越轻越好，当然极限减肥人员不在此列。经常跑的人存储的肌酸磷酸多，供给充分。世界纪录基本都是非洲选手囊括。把他们的比赛服装去掉，手里塞一根标枪，马上就是史前猎人形象。

    技巧和灵活，明显是身材小的优势大。敏捷是这类型运动的要求。无论是体操还是跳水，选手都相对身材矮小。投掷类的比赛，力量和技巧都重要，因此这些选手也是身材适中（链球不算，基本是力量比赛）。

    真正考验人的各项平衡能力的比赛是十项全能。力量、速度、技巧、耐力全部都要很高，但不能达到最高，否则严重影响其他属性。这些选手的身材基本一致，身材高挑、没有脂肪、肌肉类型比例适中。

    至于铁人三项，纯粹是耐力和意志力的竞技。和马拉松不同，游泳要求有一定的脂肪，不然体温下降太快。

    思考：

    1.长期在平原生活的人，爬山非常吃力。长期在山区或丘陵生活的人，则如履平地。观察普遍身材的差异，另外因肌肉受的锻炼不同，肌肉类型有差异。

    2.长期不锻炼的人，稍稍用力，就累了，浑身发酸。原因体内的供给不足，肌肉内没有什么能量储备，所以累了，而供氧不足，导致体内分解养料进行能量补充时是无氧呼吸。产生大量乳酸，身体酸痛无比，无法继续。

    3.肌肉运动，做功=肌肉力量*肌肉收缩距离。在身体能量供应方面，60%转为肌肉做功，40%发热。因此运动时间长了体温增高，需要出汗来降温。猎豹是陆地短跑冠军，由于功率太大，体温迅速升高。猎豹捕猎中，快速奔跑超过4分钟就丧命。实际奔跑时间就一分钟左右，捕猎成功后还要留有体力应付意外。耐力型猎手狼可以持续奔跑二十公里，在团队合作捕猎大型猎物时，主要是驱赶，从中分离出耐力较差或身体有疾病的个体，事实上大型动物静态防御更加有效。由于狼体型相对猎物小，耐力更好。所以驱赶式捕猎是较好的选择。狮子，鬣狗也采用同样策略。

    4.各项运动对身体体型要求不同，不同人种因自身特点，形成了各自的优势项目。爆发力，耐力，黑色人种优势明显。在短跑和马拉松上独领风骚。混合要求的中长跑则是各色人种都有。灵巧和技术要求体型小，各种热带和温带人种都有。次轻量级拳击冠军是菲律宾人，占据小球项目和体操优势则是人种混杂的斯拉夫人以及黄种人，主要因素是传统。游泳比较特别，水的浮力使得身体重量不必考虑，力量和技巧以及身高要求使得白种人优势明显。团体运动则是文化特征很明显，但像篮球这种身高、爆发力、技巧要求，黑人优势明显。

    5.身体做功时，需要大量氧气。在氧气供应充足情况下，体内的能源转换能量的效率达到最高。所以大功率运动下，氧气的要求迫使呼吸加快。100米短跑，时间太短，以至于职业选手不需要呼吸，依赖肌肉内部储能。跑步时存在呼吸节奏的要求。通常情况下呼吸氧气的交换率很低。跑步时提高氧气的利用率，就要深呼吸，保持身体的氧气供应，呼吸节奏就要和跑步的节奏相配合。比如两步一吸，三步一呼等等。缺乏训练的人在骤然猛跑，呼吸不能保持深度，氧气利用率低，不得不加快呼吸节奏，很快就喘不过气来。

    百米竞赛中，运动员起跑时间和发令枪枪响时间差距在0.1秒以内，算作抢跑，取消竞赛资格。我们来计算一下运动员的极限反应时间。人的神经通过钠离子和钾离子通道调节细胞内外浓度，改变电位，来实现信号传递。速度大约30米/秒-120米/秒，多数人的传递速度位于下限附近。以博尔特为例，发令枪离他的头部越5米距离，声速按340米/秒计算，传到他的耳朵约16毫秒。不同跑道的运动员距离不同，从1米到10米，那么带来的时间差为30毫秒。声音在耳膜上产生振动，导致电信号产生，传输到大脑，大脑经过处理，对腿部发出信号，腿部肌肉收到信号，释放钙离子，触发肌肉收缩，开始起跑。听觉神经细胞的电压改变大约需1毫秒时间，从耳部传到大脑中央沟后方的听觉野，距离大约10cm左右，耗时1-3毫秒。神经信号从大脑传递（运动区、脊髓、腿）到腿部，最后到脚前掌，距离约1.8米，耗时15-60毫秒。不同人的耗时差别体现在大脑的处理部分。天赋或训练程度的差别，这部分的处理时间最短情况是：条件反射，信号直接脊髓传递，不经过大脑。来自听觉野的信号进入大脑，再触发动作命令，这部分时间不好确定。而钙离子浓度的改变大约几毫秒时间。那么固定消耗时间的变动范围就是，大约是毫秒。对于多数人而言，固定的信号传递时间80毫秒是可以接受的。那么，如何估计大脑处理时间呢？

    在电子竞技领域内，星际争霸曾经是风靡一时的游戏。顶级职业选手的操作可以在300apm以上，也就是一秒内手要操作5次以上。屏幕画面进入眼睛，传递到视觉野，距离大约20cm，大脑信号进入脊髓，传递到手上，距离大约是人身高的一半（正常人双手平举，长度基本等于身高），考虑到脖子长度、选手的身高，全部距离按照0.2+0.2+0.8=1.2米计算。则固定消耗时间，约为毫秒，按40毫秒计算。一次手操作时间为200毫秒，手指按键或点击鼠标消耗时间大约60毫秒（手指的按下和复位一般消耗120毫秒，极限70毫秒），手指移动或鼠标移动，消耗时间不少于点击时间，则大脑处理时间至多为40毫秒。在游戏中，选手对局势的战略战术判断、定位敌方单位，都是相当消耗时间的。而赛跑中，对专业选手而言大脑仅仅起到一个信号中继的作用，其消耗时间可按几毫秒来估计。那么选手的神经反应时间大约就是90毫秒，考虑身体从静止到体现出状态变化消耗时间，100毫秒以内的抢跑判断标准相对合理。

    思考：

    1.在电子竞技中，第一人称射击类游戏（fps）也很考验人的反应速度。按照上述分析，人的神经传递时间是40毫秒左右，点击鼠标约60毫秒。目标出现在鼠标图标中到点击命中目标，时间约0.1秒以上，和视觉暂留长度差不多。当然某些人的天赋异禀，传递信息仅需要20毫秒，其对手就需要战术弥补。当目标出现在视野中，需要滑动鼠标去射击，则时间更长。

    2.大型恐龙，比如梁龙，在臀部都有一个辅助的神经处理系统。神经传递方式在动物中相似，可以认为速度也接近。考虑到近30米的长度，神经传递时间接近1秒。因此辅助系统很有必要。

    3.动物的敏捷和体型相关，神经的传递距离远近也轻微地参与影响。动物的局部速度远超神经反应时间时，躲避这个词就不存在了。比如鮟鱇和黑曼巴蛇。

    正常情况下，身体要消耗一定的能量维持体温和其他器官的基本运作，这部分能量消耗成为基础代谢率。在平均状态下，运动带来一定的消耗，整个能量消耗就是全部代谢率。热带人体型小，体重低，并且环境温度高，整体消耗很小，即代谢率很低。在摄入食物后，大量食物都可以转为身体的组织，促进身体的发育。温度及寒带人体型大，体重高，环境温度低，代谢率很高。大量食物都转为热量。需要摄入更多的食物来促进身体发育。由于热带人体型不大，身体发育很容易达到目标，因此热带人的性成熟较早。同样，热带妇女绝育也早，比如拿破仑的皇后。现代营养普遍改善，因此现代青少年的发育也较以前早。同时食谱也是重要因素，肉食含的激素量大，更容易刺激性发育。

    思考：

    1.利润的诱惑使得大家提高饲料中的... -->>
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