जंतु गति का बायोमैकेनिक्स

एक मांसपेशी द्वारा उत्पन्न बल गति में कैसे परिवर्तित होता है: कंकालों के उत्तोलक, ऊर्जा को संग्रहित और वापस करने वाले स्प्रिंग, और वह भौतिकी जो जंतुओं के चलने के तरीके को आकार देती है।

Definition

जंतु गति का बायोमैकेनिक्स लोकोमोशन में शामिल भौतिक बलों और संरचनाओं का अध्ययन है — कि कैसे मांसपेशियां कंकालों और लोचदार तत्वों के माध्यम से गुरुत्वाकर्षण, खिंचाव और जड़ता पर काबू पाती हैं और समन्वित गति उत्पन्न करती हैं — जिसका विश्लेषण यांत्रिकी के सिद्धांतों के साथ किया जाता है।

Scope

यह विषय मांसपेशियों के बल को संपूर्ण-जंतु गति से जोड़ने वाले यांत्रिकी को शामिल करता है: उत्तोलक के रूप में कठोर और हाइड्रोस्टैटिक कंकालों पर मांसपेशियों की क्रिया, बल और गति के बीच का समझौता, कण्डराओं और अन्य ऊतकों में लोचदार ऊर्जा का भंडारण और वापसी, और स्केलिंग और गतिशील समानता के माध्यम से गति पर शरीर के आकार का प्रभाव। यह उन बलों का विश्लेषण करता है जिन पर एक जंतु को काबू पाना होता है और संरचनात्मक समाधान जो गति को संभव बनाते हैं। कवरेज तुलनात्मक और यांत्रिक है।

Core questions

• कंकाल मांसपेशियों के बल को गति में कैसे बदलते हैं?
• जंतु बल को गति और गति की सीमा के विरुद्ध कैसे संतुलित करते हैं?
• लोकोमोशन के दौरान लोचदार ऊर्जा कैसे संग्रहित और वापस की जाती है?
• शरीर का आकार गति के यांत्रिकी को कैसे बदलता है?

Key theories

कंकालीय उत्तोलक और बल-गति समझौता

जोड़ों के पार कार्य करने वाली मांसपेशियां उत्तोलक प्रणालियां बनाती हैं जिनकी ज्यामिति लगाए गए बल और परिणामी गति की गति और सीमा के बीच एक समझौता स्थापित करती है, इसलिए अंगों के अनुपात को एक जंतु की यांत्रिक मांगों के अनुरूप बनाया जाता है।

लोचदार ऊर्जा भंडारण और गतिशील समानता

कण्डराएं और अन्य लोचदार संरचनाएं लोकोमोशन को अधिक किफायती बनाने के लिए ऊर्जा को संग्रहित और वापस करती हैं, और गतिशील समानता जैसे स्केलिंग तर्क बताते हैं कि विभिन्न आकार के जंतु ज्यामितीय रूप से तुलनीय तरीकों से क्यों चलते हैं।

Mechanisms

मांसपेशियां जोड़ों के पार जुड़कर उत्तोलक बनाती हैं, और मांसपेशी के सम्मिलन और जोड़ की सापेक्ष स्थिति यह निर्धारित करती है कि प्रणाली बल या गति का पक्ष लेती है और अंग कितनी दूर चलता है। आर्थ्रोपोड और कशेरुकियों में कठोर कंकाल उत्तोलक प्रदान करते हैं, जबकि नरम-शरीर वाले जंतु हाइड्रोस्टैटिक कंकालों का उपयोग करते हैं जिसमें मांसपेशी एक द्रव-भरी गुहा के विरुद्ध कार्य करती है। लोकोमोशन के दौरान, कण्डरा और क्यूटिकल जैसी लोचदार संरचनाएं खिंचती और पीछे हटती हैं, जब शरीर धीमा होता है तो ऊर्जा संग्रहित करती हैं और अगले धक्के के दौरान इसे वापस करती हैं, जिससे मांसपेशियों को कम ऊर्जा की आपूर्ति करनी पड़ती है। जंतुओं को भूमि पर गुरुत्वाकर्षण, पानी और हवा में खिंचाव, और अपने स्वयं के शरीर की जड़ता पर काबू पाना होता है, और इन बलों का संतुलन शरीर के आकार के साथ बदलता है: क्योंकि द्रव्यमान, क्षेत्र और लंबाई अलग-अलग पैमाने पर होते हैं, बड़े और छोटे जंतुओं को विभिन्न यांत्रिक बाधाओं का सामना करना पड़ता है, जिन्हें स्केलिंग नियमों और गतिशील समानता के सिद्धांत द्वारा दर्शाया जाता है जो विभिन्न आकार के जंतुओं की चाल को संबंधित करता है।

Clinical relevance

गति का बायोमैकेनिकल विश्लेषण चाल, जोड़ों पर भार, और लोकोमोशन की ऊर्जा लागत की समझ को सूचित करता है और पैर वाले और अन्य जैव-प्रेरित मशीनों के डिजाइन को प्रेरित करता है। यह प्रविष्टि शैक्षिक संदर्भ सामग्री है न कि चिकित्सा मार्गदर्शन।

History

बोरेली का सत्रहवीं सदी का जंतु गति को यांत्रिकी के रूप में मानना बायोमैकेनिक्स की नींव था, और बीसवीं सदी में रॉबर्ट मैकनील अलेक्जेंडर और अन्य ने उत्तोलक, लोचदार ऊर्जा भंडारण, और लोकोमोशन के स्केलिंग को मापा, जबकि चाल और गतिशील समानता के अध्ययनों ने गति के यांत्रिकी को शरीर के आकार से संबंधित किया।

Key figures

• Robert McNeill Alexander
• Knut Schmidt-Nielsen
• Giovanni Borelli
• Thomas McMahon

Seminal works

• alexander2003
• schmidtnielsen1997
• hill2016

Frequently asked questions

कुछ अंग शक्ति के लिए और अन्य गति के लिए क्यों बनाए जाते हैं?

मांसपेशियों और जोड़ों की ज्यामिति एक उत्तोलक की तरह कार्य करती है, और बल को अधिकतम करने वाली व्यवस्थाएं आमतौर पर गति और सीमा का त्याग करती हैं, इसलिए अंग का डिजाइन यह दर्शाता है कि एक जंतु को ताकत या फुर्ती की आवश्यकता है।

कण्डराएं गति को अधिक कुशल कैसे बनाती हैं?

कण्डराएं स्प्रिंग की तरह कार्य करती हैं, जब शरीर उतरता है या धीमा होता है तो ऊर्जा संग्रहित करती हैं और अगले कदम में इसे छोड़ती हैं, जिससे मांसपेशियों को कम काम करना पड़ता है और लोकोमोशन में कम ऊर्जा लगती है।