на голове. В этом случае центр масс смещён вверх, и чтобы в реальной жизни нести груз таким образом, приходится держать голову и туловище строго прямо, так как малейшее отклонение от вертикали чревато потерей равновесия.
Почему грузы носят на голове
Тем не менее, если спросить жителей Африки, Азии или юга Европы, где грузы традиционно принято переносить подобным образом, почему они это делают, то они ответят: «Потому что это удобно, и так меньше устаешь».
Заставьте, например, посоревноваться с африканкой тренированного солдата, за плечами которого не один марш-бросок с полной боевой выкладкой. Пусть они будут одного веса, скажем, 70 кг. Взвалите на солдата 50-килограммовый рюкзак (это 70 процентов от веса тела), а на голову африканке поставьте корзину с таким же грузом. Так вот, она не только сумеет удержать свою поклажу, но и на одинаковом с солдатом переходе израсходует сил в два раза меньше!
А теперь снизьте нагрузку до пудовой гири (16 кг). Женщина её даже не заметит! Ни пульс, ни частота дыхания у нее не изменится. Зато посмотрите на беднягу-солдата…
Описанное выше — не фантазия, а подлинные эксперименты, проведенные медиками. В чем же здесь дело? Как объяснить необыкновенную экономичность переноски тяжестей на голове? Ответ можно получить, проведя ещё один опыт. Есть такой прибор — шагомер. Его действие основано на подсчете вертикальных колебаний грузика при ходьбе. Одно колебание — один шаг. В кармане брюк или на поясе шагомер работает прекрасно. В нагрудном кармане — уже хуже, со сбоями. А если положить его в шляпу, то может и вовсе перестать «тикать». Как будто вы вовсе не идете! Дело в том, что незначительных колебаний головы при ходьбе для него мало. Он их просто не замечает.
То же и с грузом, переносимым на голове. Он почти не колеблется, так как голова человека едва поднимается и опускается. Так уж мы устроены. К тому же нагрузка сосредоточена по линии позвоночника, а не болтается где-то за спиной (вспомните солдата). А раз груз практически неподвижен, то и работы никакой не совершается. Ведь, как вы знаете, основные силы при ходьбе затрачиваются на подъем тела.
Женщины кенийского племени луо, например, способны носить груз, равный почти 70 % веса их тела. Исследования физиологов доказывают, что переноска тяжестей на голове — самая экономичная для человеческого организма. А подтверждением этому могут служить законы физики: ведь, перемещая груз с постоянной скоростью по горизонтальной поверхности, человек практически не совершает работы, кроме затрачиваемой на преодоление силы трения.
А чтобы работа совершалась, надо либо идти с ускорением, либо поднимать груз. Последний вариант имеет место при ходьбе, когда корпус человека поднимается и опускается, как мы уже говорили, примерно на 5 см. Так что основные силы затрачиваются на подъем тела и груза при каждом шаге. Оказывается, голова при этом поднимается и опускается с меньшей вертикальной амплитудой, чем все тело. Причем эта особенность вырабатывалась эволюционным путем: мозг оберегался от сотрясения, рессорой же служил пружинящий позвоночник с двойным изгибом.
Хотя безусловно, большую роль в деле переноски грузов на голове играет тренировка, и людям, не знакомым с этим способом переноса грузов, подобных экспериментов лучше на себе не ставить.
Устойчивость человека
Общий центр масс человека
В биомеханике принято говорить о центрах масс отдельных участков тела человека и об общем центре масс. Если массу всего тела принять за 100 %, то считают, что масса головы равна 7 % от массы всего тела, туловища — 43 %, руки — 6 % (плеча — 3, предплечья — 2, кисти — 1), ноги — 19 % (бедра — 12, голени — 5, стопы — 2).
В учебных расчётах определяют сначала центры масс каждой из шести частей (две руки, две ноги, голова и туловище), а затем центр масс всего тела, который называют общим центром масс.
У стоящего в обычной позе человека общий центр масс находится в нижней части живота.
Площадь опоры
В вертикальном положении (а именно оно нам интересно с точки зрения практики Чжань чжуан) опорой человека являются стопы. При этом площадью его опоры является площадь его подошв и пространства между ними:
Условия равновесия
Выше мы говорили про условие устойчивости вертикальных конструкций, имеющих опору. Точно также стоящий человек не падает до тех пор, пока вертикальная линия, опущенная из его центра масс, проходит через площадь, ограниченную его стопами.
Если эта проекция выходит за пределы площади опоры, то восстановить равновесие возможно подведением опоры под сместившийся центр масс. В качестве примера можно привести ходьбу, которую образно называют «управляемым падением».
При каждом шаге человек смещает центр масс вперёд и начинает падение, которому препятствует выдвинутая вперёд нога.
Если встать на цыпочки или на одну ногу, то площадь, занимаемая ступнями, уменьшится, и даже при небольшом отклонении от вертикального положения можно легко потерять равновесие. По этой причине обычно довольно трудно ходить по бордюру и тем более по канату, когда площадь опоры представляет собой очень узкую линию.
Стоит отметить, что стоящий человек при относительно длинных ногах имеет сравнительно небольшую площадь опоры и достаточно высокое расположение центра масс. Например, при росте 185 см человек имеет опору в виде прямоугольника приблизительно 50 на 30 см, при этом его центр масс расположен примерно на 110 см выше уровня поверхности, на которой он стоит.
Зададимся вопросом: как сильно человек должен отклониться от вертикального положения, чтобы его центр масс перестал проецироваться на площадь опоры? Расчеты показывают, что для этого достаточно отклониться вперёд или назад всего лишь на 8–10 градусов, а вправо или влево — примерно на 12 градусов.
Поскольку высота расположения центра масс человека значительно больше, чем размеры площади его опоры, то он теряет устойчивость даже при незначительных отклонениях от вертикального положения.
Для сравнения: площадь опоры у моей кошки породы мейн-кун высотой в холке около 40 см — это прямоугольник примерно 15 на 40 см, а центр масс находится приблизительно в 30 см от поверхности. Таким образом, у кошки имеется как минимум два преимущества перед вертикально стоящим человеком. Во-первых, при таких параметрах потерять равновесие, качнувшись вперёд или назад, практически невозможно. Во-вторых, она опирается не на две, а на четыре лапы, и поэтому у нее, в общем-то, гораздо меньше поводов поддерживать равновесие.
Чуть ранее мы уже рассматривали рисунок с тремя цилиндрами. Принципиально ничего не изменится, если заменить цилиндры фигурками людей.
Человек слева и человек в центре (хотя его центр масс немного смещён вперёд) будут сохранять своё
