Физика города: почему мы не падаем

Иллюстрация: Полина Бреева

Нужно смириться – зима все равно наступит. А вместе с зимой – гололед и смешные падения рядом с метро. Пока что еще можно кататься на великах и роликах, но совсем скоро мы пересядем на лыжи и сноуборды. Во всех этих процессах задействован важный механизм сохранения равновесия. Как он работает, объясняют наши друзья из Детского центра научных открытий "ИнноПарк".

Споткнувшись, вы невольно выбрасываете одну ногу вперед. Если удается сделать это быстро, тело сохраняет вертикальное положение. Когда вы несете ведро воды в одной руке, ваше тело отклоняется в противоположную сторону, а вторую руку вы вытягиваете почти горизонтально. Эти рефлекторные реакции организма увеличивают устойчивость, позволяя сохранить равновесие. Оно автоматически регулируется вестибулярным и мышечным аппаратом.

Подобно любому физическому телу, наш корпус имеет площадь опоры и центр тяжести. Площадь опоры определяется контуром, который образуют линии, соединяющие точки опоры тела (например, ступни). Если вы стоите ровно, центр тяжести располагается примерно на уровне второго крестцового позвонка.

Равновесие сохраняется до тех пор, пока проекция центра тяжести находится в пределах площади опоры тела. Понятно, что увеличение площади опоры увеличивает устойчивость. К примеру, когда мы стоим в лодке, хочется расставить ноги пошире: из-за качки центр тяжести тела все время смещается, и его проекция может оказаться вне площади опоры, а человек – упасть. У канатоходцев задача еще более непростая. Им нужно постоянно менять положение шеста, чтобы смещать проекцию центра тяжести на маленькую площадь опоры.

Акробаты, экстремалы и уличные музыканты выступили на Дне молодежи

Попробуйте встать со стула, не наклоняясь вперед или не подсунув ноги под стул. Вам это не удастся! Когда вы сидите, проекция центра тяжести вашего тела выходит за пределы стоп (то есть точек опоры). Чтобы преуспеть, нужно вернуть проекцию на должное место. Для этого мы сгибаемся и перемещаем стопы по полу.

В повседневной жизни человеку нужно не только уметь держать равновесие, но и легко и своевременно нарушать его. Проследите за тем, как вы ходите. Встав на одну ногу, вы наклоняете туловище вперед. Проекция центра тяжести покидает площадь опоры, вы теряете равновесие и по логике должны упасть. Однако этого не происходит: как только начинается падение, поднятая левая нога быстро перемещается, становится перед проекцией центра тяжести – и равновесие восстанавливается.

Чтобы сделать следующий шаг, вы повторяете всю последовательность движений. На этот раз равновесие, нарушенное при поднятии левой пятки, восстановит задранная правая нога. Итак, наша ходьба на самом деле – ряд падений, которые своевременно предотвращает свободная нога, которая, опускаясь, становится опорной.

Танцевальная трикинг-битва в саду "Эрмитаж"

За вертикальное положение человеческого корпуса в пространстве отвечают сигналы, которые подошвы ног передают в спинной мозг, а тот – в головной. Это становится особенно важно, когда мы ступаем по скользкой поверхности. Ученые долгое время бились над вопросом, как именно спинной мозг кодирует эту информацию и отправляет ее остальным системам организма.

Ответ был найден: переносчиками являются нeйpoны типa RORα. Они доставляют данные в моторный отдел головного мозга. Интересно, что эти нейроны активизируются только в случае, когда наше движение затруднено. Если мы готовимся стоять, сидеть или идти по ровной дороге, cпиннoй мoзг cпpaвляeтcя c зaдaчeй бeз учacтия RORα.

Нарушения в работе вестибулярного аппарата могут быть симптомом десятков заболеваний – от сосудистых и неврологических до вирусных. Такой тревожный сигнал посылают болезнь Паркинсона, церебральный паралич, поражения мозжечка. Впрочем, избавиться от головокружений и потери координации зачастую можно и без медицинского вмешательства. Достаточно выполнять несложные упражнения:

• 1. Встать на одну ногу. Колено второй поднять на уровень пояса. Необходимо продержаться в этом состоянии 30 секунд. Потом можете усложнить задачу – сделать все то же самое с закрытыми глазами.
• 2. Поставить стопы на одну линию так, чтобы пятка одной ноги касалась пальцев другой, будто вы на дощечке. В таком положении сделать по 20 наклонов в каждую сторону. Повторить, но уже с закрытыми глазами.

Наталья Глориозова, Детский центр научных открытий "ИнноПарк"