эффективность дыхания гигантских насекомых

[Звёзды Светят]

увеличить скорость диффузии

 

Вентиляторы в трахеях...........

[sanitareugen]

А от них какой эффект? Диффузия через мембраны. При непрерывной вентиляции парциальное давление кислорода 0.18, при плохом воздухообмене падает, где-то до 0.15. Скорость диффузии вырастет. Процентов на 10-20. Не решит.

[digger]

 Есть еще проблема пыли.В легких - дыхательные пути и слизистая, а трахеи должны забиваться всякой хренью и никак их не почистишь.Муха сдохнет и не успеет дойти до этой стадии, а крупное животное должно жить долго.

[Звёзды Светят]

Есть еще проблема пыли.

 

Тоже нужны вентиляторы...

 

И - сквозные трахеи.

[Эрнесто де Сырно]

Есть еще проблема пыли.В легких - дыхательные пути и слизистая, а трахеи должны забиваться всякой хренью и никак их не почистишь.Муха сдохнет и не успеет дойти до этой стадии, а крупное животное должно жить долго.

Будут решаться также как у ИРЛ животных и у ИРЛ насекомых. У нас легкие пылью не забиваются.

У АИ насекомых сквозный трахеи будут ветвиться до размеров человеческих / птичьих бронхов, а от них отходить глухие трахеи не больше, чем у РИ насекомых.

А от них какой эффект? Диффузия через мембраны. При непрерывной вентиляции парциальное давление кислорода 0.18, при плохом воздухообмене падает, где-то до 0.15. Скорость диффузии вырастет. Процентов на 10-20. Не решит.

Берем хорошо изученную и точно работающую кровеносную систему человека, чуть-чуть утолщаем стенки крупных сосудов, чтобы держали наружное давление, и заменяем всю кровь воздухом. Концентрация кислорода на единицу объема осталась той же (смотрим растворимость кислорода в крови); парциальное давление - таким же (больше его сделать не получится). А вот сопротивление уменьшилось. Не вижу проблем, которые помешают такой системе работать. (они вероятно есть, но я их пока не увидел).

Изменено 30 Apr 2019 пользователем Эрнесто де Сырно

[Zenitchik]

чуть-чуть утолщаем стенки крупных сосудов, чтобы держали наружное давление

А мелких? Что там с давлением делать?

Не вижу проблем, которые помешают такой системе работать.

Высыхание.

[sanitareugen]

Извините, Вы в каком классе? Какой раздел физики проходите? До диффузии дошли?

[Эрнесто де Сырно]

А мелких? Что там с давлением делать?

Мелкие сосуды делаем как у РИ насекомых.

Высыхание.

Альтнасекомое должно пропустить через себя такой же объем воздуха, как РИ животное через легкие. Диффузия и испарение идут со сравнимой скоростью. И у РИ человека легкие будут высыхать настолько же, насколько высыхает альт-насекомое.

Извините, Вы в каком классе? Какой раздел физики проходите? До диффузии дошли?

Пишите конкретно, что Вас не устраивает, школьник.

[Zenitchik]

До диффузии дошли?

Диффузия с расчётом скорости, это, ЕМНИП, конец первого курса.

Мелкие сосуды делаем как у РИ насекомых.

Сколько давления мы потеряем на разветвлениях?

[Эрнесто де Сырно]

Сколько давления мы потеряем на разветвлениях?

Попытался сделать точный расчет, но... Пока ниасилил. Но специально провел несколько экспериментов, где пытался протолкнуть через разные разветвления, трубы и фильтры воздух и воду. Воздух всегда проходил намного легче.

[digger]

 Все равно пронизать всё тело трахеями не получится и придется соорудить систему на манер легких и жидкостный газообмен, а значит трахеи отменяются за ненадобностью.

[sanitareugen]

На качественном уровне это 9 класс был. Хотя, может. за полвека что-то и изменилось.

[чукча]

По идее в одном литре крови и в одном литре воздуха содержится одинаковое количество кислорода

Давайте посмотрим. Кислород в крови не растворен, а переносится гемоглобином. Есть такой показатель МПК - максимальное потребление кислорода у людей. Возьмем скажем МПК=50 и 70кг парня. Следовательно в минуту на пределе усилий(точнее не на пределе, а на уровне который можно выдержать около часа) он потребляет  50*70=3500 мл.=3,5литра кислорода. Считая 75мл. за одно сокращение и пульс 175, получается что сердце перекачает 13литров крови в минуту. Соотношение кислорода к объему крови - 27% (несколько выше чем в воздухе). 
Легкие забирают из литра воздуха около 0.05 литра кислорода (содержание кислорода в выдыхаемом воздухе падает с 21 до 16%). Тоесть легкие должны перегнать за ту же минуту 70(3.5/0.05) литров воздуха, забрав из них 3.5 литров кислорода которые будут растворены в 13 литрах крови которые будут перекачанны к потребителям. Кстати, 70 литров - это грубо говоря объем самого человека.
Легкие скорее всего более эффективны чем трахеи, тоесть для схожего усилия надо пропустить еще больше воздуха, допустим литров 100 в минуту. Что без принудительной и очень сильной вентиляции затруднительно. На самом деле все еще немного сложнее, так как кислород может требоваться определенным мышцам - скажем ног если вы бежите, спины и рук если вы лезете вверх итд. Кровеносная система обеспечивает такую адресную доставку(прокачиваем через все тело, но кому надо забирают больше). Трахеи же в руках для вас бесполезны если вы например бежите. Тоесть надо прогонять еще больше, литров 200-300 в минуту чтобы потребители получили сколько надо. 
Думаю где-то так.

Изменено 30 Apr 2019 пользователем чукча

[sanitareugen]

Ещё проще. Бочка наливается по самую короткую клёпку. То есть определяется узким местом. А оно тут - диффузия через мембраны из воздушной среды в водную, в межклеточное пространство. И улучшение подачи воздуха это расшивка и без того не узкого места. Увеличить же диффузию можно либо увеличением площади поверхности диффузии (напоминаю про закон квадрат-куб), либо увеличить градиент концентрации, унося кислород с другой стороны мембраны (а этим занимается гемоглобин или гемоцианин). Закон Фика работает. Просто быстрее прокачивать кровь (чего насекомые тоже не умеют) бесполезно. Растворимость недостаточна. Для человека, скажем, 98.5% кислорода переносится артериальной кровью в виде оксигемоглобина, 1.5% в растворённом виде. Увеличивайте парциальное давление - сможете пропорционально увеличить насекомых. А без этого никак.

[Labinnac]

Для человека, скажем, 98.5% кислорода переносится артериальной кровью в виде оксигемоглобина, 1.5% в растворённом виде

интересно, как с этим у "голубых кровей" - гемоцианинников (головоногие, ракообразные). У них ведь эритроцитов нет, гемоцианин равномерно растворен в крови.

[Звёзды Светят]

гемоглобин или гемоцианин

 

А не засадить ли их.... в внутриклеточные плазмы?!...

 

 

Трахеи же в руках для вас бесполезны если вы например бежите.

 

Отдельные трахеи с вентиляторами для каждого членика?!...

 

 

[Zenitchik]

На качественном уровне это 9 класс был.

А толку от качественного уровня? Если не можешь оперировать материалом численно - смело считай, что не знаешь его.

Отдельные трахеи с вентиляторами для каждого членика?!...

У сенокосцев в ногах есть собственные дыхальца.

[Эрнесто де Сырно]

А толку от качественного уровня? Если не можешь оперировать материалом численно - смело считай, что не знаешь его.

Да, согласен, очень серьезная проблема. Приходится рассчитывать только на помощь коллег. 

На самом деле все еще немного сложнее, так как кислород может требоваться определенным мышцам - скажем ног если вы бежите, спины и рук если вы лезете вверх итд. Кровеносная система обеспечивает такую адресную доставку(прокачиваем через все тело, но кому надо забирают больше).

Отдельные трахеи с вентиляторами для каждого членика?!...

Для регулирования подачи кислорода можно просто сделать клапаны на трахеях. Насколько я знаю, у человека что-то подобное есть. Подачу крови в капилляры регулируют прекапилярные сфинктеры. Подачу воздуха в легкие - голосовая щель в гортани. Не вижу причин, почему у гигантского насекомого нельзя сделать что-то подобное.  

Легкие скорее всего более эффективны чем трахеи, тоесть для схожего усилия надо пропустить еще больше воздуха, допустим литров 100 в минуту.

Допустим. Вот только сейчас провел эксперимент. Так как подходящего оборудования под ругой не было, решил использовать в качестве насоса для воздуха воду, а в качестве насоса для воды - силу тяжести. Собрал установку из шприца и резиновой трубки (диаметр 2 мм). Поршень из шприца был вынут, вместо иголки одета резиновая трубка внутренним диаметром 2 мм и длинной 35 см. 

Сначала определил, насколько легко прокачать по этой трубке воздух. Просто опустил шприц в ведро с водой, отверстием от поршня вниз, оставив выход из трубки на поверхности. Глубина погружения - не более 15 см. Вода под давлением 15 см водного столба начала поступать в шприц, вытесняя о туда (под тем же давлением) воздух. Перекачивание всего воздуха из шприца легко определяется по легкому удару столба воды. Весь процесс у меня занял примерно 2 секунды.

Затем определил, насколько сложно перекачивать воду (кровь). Наполнил шприц водой, опустил трубку вниз и позволил воде свободно выливаться. Давление столба воды - 30 см+высота шприца. Вода вытекла за 20 секунд. (давление - длинна столба воды в трубке) 

Время засекалось на полное наполнение/опорожнение шприца, без учета трубки. Чтобы не учитывать изменение давления по мере изменения столба жидкости и не усложнять расчеты. 

Вывод - воздух перекачивается как минимум, в 10 раз быстрее, даже при вдвое меньшем давлении. Возможно, придругих сечениях трубки результат будет другим. При необходимости коллеги могут повторить эксперимент. 

Легкие скорее всего более эффективны чем трахеи, тоесть для схожего усилия надо пропустить еще больше воздуха, допустим литров 100 в минуту. Что без принудительной и очень сильной вентиляции затруднительно.

Не так уж затруднительно. Перекачать даже 120 литров - это 60 качков по 2 литра за минуту. Про требуемое давление и энергозатраты я уже говорил. 

[digger]

Капилляр - под давлением крови, он мокрый и ткани мокрые, кислород передается без проблем.Трахея под атмосферным давлением, ткани будут ее сжимать, если она сухая и стенка прочная - проблемы с газообменом, если мокрая - потери жидкости.

[Zenitchik]

Глубина погружения - не более 15 см.

Нужно на длину шприца. Чтобы давление на уровне горлышка было одинаковое в обоих экспериментах.

[Эрнесто де Сырно]

Нужно на длину шприца. Чтобы давление на уровне горлышка было одинаковое в обоих экспериментах.

Тогда и во втором эксперименте надо трубку горизонтально повернуть, чтобы убрать давление столба жидкости в трубке. 

Трахея под атмосферным давлением, ткани будут ее сжимать, если она сухая и стенка прочная - проблемы с газообменом, если мокрая - потери жидкости.

Допустим, даже мокрая, даже идут потери влаги. По моим прикидкам, они будут не такими уж большими. В выдыхаемом воздухе, допустим, будет 5% CO2, 14%O2 (который не усвоили); 3,6%H2O (давление насыщенного пара при температуре тела 36 град), 78%N2. 

На 5 усвоенных молекул кислорода приходится 3,6 потерянных на испарение молекул воды. Это более, чем терпимые потери воды. Если этот кислород потратить на окисление жиров, то воды выделится больше.  При необходимости потребление воды можно легко уменьшить, сделав что-то типа регенератора - влагоуловителя. Просто фильтр из волосков на входе в дыхательное отверстие. Во время выдоха влага конденсируется на волосках, в время вдоха - испаряется, увлажняя вдыхаемый воздух. За одно уменьшаются потери тепла. 

Изменено 1 May 2019 пользователем Эрнесто де Сырно

[loky1109]

А не засадить ли их.... в внутриклеточные плазмы?!...

А смысл? Быстрее отводиться от места газообмена до потребителя от этого не станет.

[Звёзды Светят]

К этой Теме можно и с другой стороны подойти:

 

- Какая нужна атмосфера, чтобы насекомые были величиной с кашалотов?!....

 

 

 

[Labinnac]

- Какая нужна атмосфера, чтобы насекомые были величиной с кашалотов?!....

Чтобы килорода было бы раз так в 100 больше? Но  все равно гравитация не позволит - членистоногим надо ведь линять.

Даже в море больше 4-5 метров не вырастали никогда.

[Звёзды Светят]

Но  все равно гравитация не позволит - членистоногим надо ведь линять.

 

Малая планетишка с атмосферой, как на Венере, только кислород не связан?

 

Или - линька не целиком, а кусками?