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虎爪的力量來自對數螺旋線!不學好數學,人連1只大貓都不如

由 華箋流香 發表于 農業2022-03-10
簡介貓科動物的爪子是對數螺旋線形狀

老虎腿骨一節有多少公分

虎爪的力量來自對數螺旋線!不學好數學,人連1只大貓都不如

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

老虎的爪子鋒利又結實,呈現出彎鉤狀。老虎在樹上掛爪的時候,可以把樹的木質抓出深深的疤痕。

成年的雄獅的爪子可以達到4~5公分長度,老虎的爪子比雄獅的爪子長一倍,可以達到8~10公分。和所有的貓科動物(獵豹除外)一樣,虎爪的伸縮由兩組肌肉、肌腱控制,組成一個圍繞著第2指骨節點的槓桿結構,不用的時候可以完全收進。

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》科學家為了研究虎爪的力量,專門進行了實驗。

研究人員在一根挖空的原木上開了一個小口子,把一塊新鮮的牛腿骨固定在一個樹洞裡。這個樹洞開口的大小隻允許老虎爪子探進去,而不允許老虎把頭伸進去咬。

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老虎對這個物體表示出了極大的興趣,用爪子抓著固定在原木上的骨頭。隨後研究人員對虎爪留在骨頭上的痕跡進行了檢測。

結果顯示,虎爪可以輕易的刺穿骨膜,深入骨質,留下V形疤痕。掃描電子顯微鏡顯示的疤痕,穿透了骨基質。

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骨骼的硬度是5,虎爪硬度只有2。5。要對骨骼造成如此的傷害,虎爪要施加相當高的力量。

》貓科動物的爪子必須具備很高的抗張拉強度。

組成虎爪的成分和人手指甲的成分一樣,是角蛋白。

角蛋白的大分子鏈會扭曲成螺旋狀,形成具有奈米空腔的纖維狀組織結構,具有極其高的抗壓強度和抗拉強度。

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貓科動物的肌肉主要是快肌纖維,相比之下人類的肌肉纖維只有1/3快纖維。貓科動物的反應速度是人的3~5倍。

老虎四肢的力量大得驚人,一掌揮出可以達到幾百公斤的力量。拳王泰森曾經飼養過一隻雌性的白虎,體重大約在100公斤。有一次這隻白虎發怒,輕易就把泰森按在地上,一動也不能動。經過長時間的安撫,拳王才從虎爪下逃脫。

》除了驚人的力量以外,貓科動物的爪子是完美的切割工具,這其中的秘密源於它們特定的形狀。

貓科動物的爪子是對數螺旋線形狀。對數螺旋線是一條趨向於一點,但是永遠也無法到達盡頭的螺旋線。把螺旋線無限放大,每一段的形狀都會相同。

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對數螺旋線有非常優秀的力學效能,黃金螺旋線也是對數螺旋線的一種。

用於隧道掘進的盾構機上面的刀具,排列形狀就是對數螺旋線。水泵葉片的形狀也是對數螺旋線。

》虎爪的內緣和外緣是兩條對數螺旋線。

當虎爪刺入肌肉組織的時候,內外緣同時受均勻壓力的結果,是形成一個讓虎爪向內旋轉的合力,更深入軟組織。

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當虎爪被硬物卡住的時候(指虎爪切割物體的內外緣,而不是指兩側),點狀施力點施加的壓力垂直於切線方向,形成一個逆時針向外旋轉的力矩,虎爪可以很輕鬆的退出。

如果用一個夾子做實驗,虎爪(切割面)是很難被夾住的。

貓科動物身上的每一個部件都是經過大自然精心設計的,在所有的食肉動物中,只有它們才是完美殺戮機器!

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