Hareket Biçimleri ve Verimlilik
Yüzme, uçma ve koşmanın neden kendine özgü fiziksel prensiplere ve enerji maliyetine sahip olduğu ve bir hareket biçiminin diğerinden neden daha ekonomik olduğu.
Tanım
Hareket biçimleri, hayvanların kendilerini itmek için kullandıkları farklı yöntemlerdir — başlıca yüzme, uçma ve karasal hareket — ve lokomotor verimlilik, her bir hareket biçiminin bir hayvanı ne kadar ekonomik bir şekilde hareket ettirdiğidir; bu genellikle ulaşım maliyeti (cost of transport), yani birim vücut kütlesini birim mesafe taşımak için gereken enerji olarak ifade edilmektedir.
Kapsam
Bu konu, hayvan hareketinin başlıca biçimlerini ve bunların enerjisel verimliliğini kapsamaktadır: yüzme ve suda hareket etmenin yarattığı sürüklenme, uçma ve kaldırma kuvveti üretimi, karasal hareket ve yürüyüş biçimlerinin kullanımı ile bu hareket biçimlerinin ulaşım maliyeti (cost of transport) üzerinden karşılaştırılması. Ortamın, vücut büyüklüğünün ve hızın belirli bir mesafeyi kat etmek için gereken enerjiyi nasıl belirlediği ve her bir hareket biçiminin kendi koşulları altında neden verimli olduğu ele alınmaktadır. Kapsam karşılaştırmalı ve mekanistik bir yaklaşımla sunulmaktadır.
Temel sorular
- Yüzme, uçma ve koşmada hangi fiziksel kuvvetler baskındır?
- Hareketin enerjisel verimliliği nasıl ölçülür ve karşılaştırılır?
- Hayvanlar neden farklı hızlarda farklı yürüyüş biçimleri kullanır?
- Ortam ve vücut büyüklüğü, hangi hareket biçiminin en ekonomik olduğunu nasıl belirler?
Temel kuramlar
- Lokomotor Hareket Biçimlerinde Ulaşım Maliyeti
- Birim vücut kütlesini birim mesafe hareket ettirmek için gereken enerji, yüzme, uçma ve koşma arasında sistematik olarak farklılık göstermektedir; yüzme genellikle en ucuz, koşma ise mesafe başına en pahalıdır ve her bir hareket biçimi içinde vücut büyüklüğü arttıkça azalmaktadır.
- Ekonomiye Göre Yürüyüş Biçimi Seçimi
- Karasal hayvanlar, yürüme, tırıs ve dörtnala koşma gibi yürüyüş biçimleri arasında, her birinin en ekonomik hale geldiği hızlarda geçiş yapmaktadır; bu durum, hızla birlikte lokomotor hareketin değişen mekaniğini ve enerji kullanımını yansıtmaktadır.
Mekanizmalar
Her hareket biçimi farklı kuvvetlerle mücadele etmektedir. Yüzücüler, suyun sürüklenmesini ve yoğunluğunu yenmek ve dalgalanma veya uzuvlar aracılığıyla itme kuvveti oluşturmak zorundadır; suyun ağırlıklarını desteklemesi nedeniyle düşük ulaşım maliyeti (cost of transport) elde etmektedirler. Uçucular, havada kalmak için kaldırma kuvveti ve ileri hareket etmek için itme kuvveti üretmek zorundadır; bu durum uçuşu güçlü kılmakla birlikte, uzun mesafeler kat eden hayvanlar için mesafe başına orta derecede ekonomiktir. Karasal hayvanlar, ağırlıklarını yerçekimine karşı desteklemekte ve her adımda uzuvlarını ve vücutlarını hızlandırıp yavaşlatmaktadır; bu da koşmayı nispeten maliyetli hale getirmektedir, ancak elastik enerji depolama ve yürüyüş biçimi seçimi bu maliyeti azaltmaktadır. Hareket biçimlerini ulaşım maliyeti (cost of transport) ile karşılaştırmak, belirli bir vücut büyüklüğü için yüzmenin genellikle en ucuz, koşmanın ise en pahalı olduğunu ve daha büyük hayvanların her bir hareket biçimi içinde birim kütle başına daha ekonomik hareket ettiğini göstermektedir. Bu örüntüler, hayvanların belirli ortamlara ve kat edilen mesafelere neden adapte olduğunu açıklamaktadır.
Klinik önem
Lokomotor verimliliğin karşılaştırmalı çalışması, hareketin, yürüyüş biçiminin ve egzersizin enerjisel maliyetinin anlaşılmasına katkıda bulunmakta ve verimli araçlar ile robotların tasarımına rehberlik etmektedir. Bu madde, eğitici bir referans materyalidir ve tıbbi tavsiye sağlamamaktadır.
Tarihçe
Schmidt-Nielsen ve Taylor'ın hayvanlar ve hareket biçimleri arasındaki lokomotor enerji maliyeti ölçümleri, ulaşım maliyeti (cost-of-transport) çerçevesini oluşturmuştur; Tucker'ın uçuş enerjisi çalışmaları uçmanın maliyetini nicel olarak belirlemiş ve Alexander'ın yürüyüş biçimi ve dinamik benzerlik analizleri, hayvanların neden bu şekilde hareket ettiğini açıklamıştır.
Öne çıkan isimler
- Knut Schmidt-Nielsen
- Robert McNeill Alexander
- Charles Richard Taylor
- Vance Tucker
İlgili konular
Temel eserler
- schmidtnielsen1997
- alexander2003
- hill2016
Sıkça sorulan sorular
- Hangi hareket biçimi en enerji verimlidir?
- Belirli bir vücut büyüklüğü için, yüzme genellikle en düşük ulaşım maliyetine (cost of transport) sahiptir çünkü su hayvanın ağırlığını desteklemektedir; koşma ise kat edilen mesafe başına en pahalı olma eğilimindedir.
- Hayvanlar hızlandıkça neden yürüyüş biçimlerini değiştirir?
- Her yürüyüş biçimi belirli bir hız aralığında en ekonomiktir, bu nedenle hayvanlar, yeni yürüyüş biçiminin daha az enerji tükettiği noktalarda yürümeden tırısa ve dörtnala geçiş yapmaktadır.