Воздушные мешки в пневмомускулы?

[Vanga Vangog]

Встречал на англоязычном форуме спекулятивной эволюции идею такого организма: дальний потомок птиц, живущий через сотни миллионов лет, приспособивший часть своей расширенной системы воздушных мешков в качестве пневматической мускульной системы, смещающей кости давлением воздуха с помощью внутренних клапанов и насосов.

 

Перевод фрагмента поста о котором идет речь (выделение мое):

В недалеком будущем потомки чёрного стрижа стали арктическим видом. Самка откладывала яйца в сумку на спине самца, чтобы защитить их от холода. Это наконец освободило птиц от необходимости спускаться на землю для размножения. После потепления климата эти формы жили на горных хребтах. Они развили краниальный кинезис, чтобы лучше ловить насекомых. Весь скелет стал пневматическим. Воздушные мешки развились в сеть воздушных вен, окружающих тело. Вторая носовая камера была отделена от ротовой полости, создав ноздри для выдоха, и воздух проходил через тело в одном направлении. Носовые камеры и горло больше не были связаны. Более поздние виды развили систему насосов и клапанов, превратив мешки в пневматические мышцы, которые заменили большинство других мышц в теле. Яйца со временем деминерализовались из-за отсутствия угроз в сумке и большого расхода кальция для самки.  Защита яиц, самая эффективная дыхательная система того времени и адаптация к разреженному воздуху позволили этой линии стать единственной из летающих птиц, пережившей великое вымирание 132,4–133,9 миллионов лет спустя.

 

Стало интересно - а возможно ли что-то такое в принципе? Конечно не в такой экстремальной степени как в посте, а в более умеренной - скажем, чтобы птица или альтернативный организм в той же нише выполнял некоторую часть работы мышц, толкая кости преобразованными воздушными мешками?

 

Выгоды вроде очевидны - меньше движения зависит от тяжелых мускул, значит можно расстаться с частью веса. Можно вырастать до бóльших размеров и тратить меньше энергии на поднятие тушки в небо. Как и РИ-мешки, эти полости могут участвовать в дыхании и охлаждении, что пригодится в особо далеком будущем (600 и более млн лет), когда солнце увеличит светимость и цикл неорганического углерода на Земле начнет приходить в упадок, затрудняя растениям фотосинтез, а значит снижая долю кислорода в атмосфере.

 

С другой стороны, непонятно способен ли организм поддерживать в своих полостях давление газа, необходимое для равной мышцам эффективности их работы. Внутренние утечки могут повредить окружающие ткани, а открытое повреждение вовсе выведет систему из строя, затрудняя а то и запрещая животинке полет пока рана не заживет полностью.

 

Короче, интересно мнение более сведущих коллег:

-Возможна/рентабельна ли подобная система в живом организме?

-Если возможна, какие препятствия на пути у ее эволюции? Какие дополнительные адаптации могут потребоваться?

-Могут ли конкретно птицы прийти к такому?

Edited 15 Jan 2025 by Vanga Vangog

[Serafim]

Хмм, занятно. Не будет ли объем пневмоптиц больше чем у обычных что губительным образом скажется на летных характеристиках? 

[TunderTunder]

Опубликовано

А разве дыхательная система не работает усилиями диафрагмы? Мышцы све равно будут задействованы, так что тут просто увеличивается сложность конструкции, и одновременно хрупкость. Любое повреждение таких мешков означает по сути паралич двигательной системы. Для позвоночных противопоказано... Моллюскам пожалуйста.

[hanhnets]

В существующих организмах присутствует гидравлическое усиление за счёт качания крови.

С воздушным усилением мышцы всё равно будут нужны, если существо планирует делать что-то кроме медленного дрейфования по небу.

Ну и да, это уже будут не птицы, а воздушные шарики со всей сопутствующей этому деградацией, грозных хищников из них точно не получится, если только остальные виды не деградируют аналогичным образом.

[Vanga Vangog]

Хмм, занятно. Не будет ли объем пневмоптиц больше чем у обычных что губительным образом скажется на летных характеристиках?

Вот мне тоже интересно. Но полагаю это вопрос направления расширения - если оно будет идти больше от одной точки крепления к другой и по минимуму в остальные стороны, такой проблемы не должно возникнуть. Может быть решается разной эластичностью стенок?

А разве дыхательная система не работает усилиями диафрагмы? Мышцы све равно будут задействованы, так что тут просто увеличивается сложность конструкции, и одновременно хрупкость. Любое повреждение таких мешков означает по сути паралич двигательной системы. Для позвоночных противопоказано... Моллюскам пожалуйста.

Работает, но у меня вопрос не в полной замене мышц как в оригинале, а в частичной. Облегчения двигательной системы. Грубо говоря представьте животное с мышечной массой на 40% меньше птицы тех же размеров, потому что когда грудная опускает его крыло, ей с другой стороны помогает толкающий то же крыло вниз "лопаточный мешок". И наоборот.

"Обычные" мускулы будут по-любому задействованы - один из вопросов в том нужно ли их для накачивания мешков и открытия/закрытия клапанов столько же по массе сколько для традиционной тягающей работы с той же целью.

Вот критичность повреждений - это препятствие. Но думаю, можно решить рефлекторной изоляцией поврежденной полости - смыканием клапана намертво при первых сигналах от стенки мешка об уроне, до заживления. Удерживать области с разным давлением они должны будут уметь и так, просто в этом случае это будет длиться намного дольше. Чтобы вся конечность не выбывала от одного пореза, критичные пневмомышцы можно поделить - грубо у нас не один пневмобицепс, а три параллельных в треть объема каждый, снабжаемые синхронно через отдельные клапаны. Если один уйдет в оффлайн, два других продолжат работу (вместе с обычными мышцами).

Усложнение, да, ну так оно само по себе не плохо. Вопрос выгод и потерь. Мозг позвоночных делает нас весьма хрупкими по сравнению с морской звездой, но преимущества в поведении которые он дает компенсируют этот недостаток.

Мне интересно можно ли привести предложенное к такому же положительному балансу.

С воздушным усилением мышцы всё равно будут нужны, если существо планирует делать что-то кроме медленного дрейфования по небу. Ну и да, это уже будут не птицы, а воздушные шарики со всей сопутствующей этому деградацией, грозных хищников из них точно не получится, если только остальные виды не деградируют аналогичным образом.

См. выше. Меня и интересует не полная замена мышц а освобождение их от части работы.

[Vanga Vangog]

Вариант Б по вопросу повреждения мешков:

Животное с такой двигательной системой - это что-то короткоживущее и быстро размножающееся. Риск травмы просто не успевает помешать разносу генов.

 

Edited 15 Jan 2025 by Vanga Vangog

[TunderTunder]

Животное с такой двигательной системой

Беспозвоночное, которому такие псевдомышцы работают, как и скелет. Сначала живёт в воде, где может безопасно развить технологию, а потом вместо воды использует воздух и перебирается жить в топосферу

[hanhnets]

представьте животное с мышечной массой на 40% меньше птицы тех же размеров

Представил. И существо будет слабее птицы. То есть выгода конечно имеется - меньше масса, проще летать, меньше затраты ресурсов, но это перекрывается меньшими возможностями для выживания, существо сползает ниже по иерархии хищников-жертв, если такой же деградации не будет у всей биосферы, то птицы займут роль каких-нибудь воздушных медуз (совсем не обязательно выглядящих как пластиковый пакетик), а роль птиц займёт кто-то более мощный.

Edited 15 Jan 2025 by hanhnets

[Vanga Vangog]

Представил. И существо будет слабее птицы. То есть выгода конечно имеется - меньше масса, проще летать, меньше затраты ресурсов, но это перекрывается меньшими возможностями для выживания, существо сползает ниже по иерархии хищников-жертв, если такой же деградации не будет у всей биосферы, то птицы займут роль каких-нибудь воздушных медуз (совсем не обязательно выглядящих как пластиковый пакетик), а роль птиц займёт кто-то более мощный.

Так ли слабее? Пневмомышцы тоже выполняют двигательную работу, это не пассивные поплавки.

На край, в ногах и позвоночнике можно оставить и одни "нормальные" мускулы. Может даже чуть добавить, раз вес освободился. Остальное могут компенсировать быстрый старт и уже перечисленные преимущества.

Эволюция так-то не против локальных "деградаций" если выгоды перевешивают. Хрупкие пневматизированные кости не выбили птиц из хищных ниш, даже крупных - хотя казалось бы, ударь как следует, и у охотника три перелома там где у млека не будет и одного. Но мобильность победила.

то птицы займут роль каких-нибудь воздушных медуз (совсем не обязательно выглядящих как пластиковый пакетик)

Кстати образ "воздушных медуз" сам по себе так-то интересен. Наверное что-то такое может существовать в мире где есть аэропланктон, который можно пассивно выцеживать из воздуха

Беспозвоночное, которому такие псевдомышцы работают, как и скелет. Сначала живёт в воде, где может безопасно развить технологию, а потом вместо воды использует воздух и перебирается жить в топосферу

Как вариант. А позвоночным - разделение полостей и изоляция поврежденных.

Edited 15 Jan 2025 by Vanga Vangog

[hanhnets]

Кстати образ "воздушных медуз" сам по себе так-то интересен. Наверное что-то такое может существовать в мире где есть аэропланктон, который можно пассивно выцеживать из воздуха

Про это есть небольшой рассказик. На форуме его даже скидывали, но название не помню.

[vashu1]

Пневматика как

 

1. Источник энергии.

 

Как уже отметили, сжатый воздух то ниоткуда не берется. Так что пневматика лишь передает энергию ... или нет?

 

В живом организме вполне себе есть молекулярные насосы, способные работать против больших давленй. Скажем осмотическое давление между морской и пресной водой это порядка 20 атм! Причем как я понимаю молекулярный насос способен сжимать воздух без потерь на нагрев - если мы аккуратно протаскиваем молекулу через канал потенциалом то тепла она не получает.

 

В общем возможен и источник пневматический энергии, но сложно сказать что-то конкретное про кпд и удельную мощность Я так подозреваю удельная будет невелика, что есть проблема для летающих, а вот кпд сравнимый с мускулами возможен.

 

2. Передача энергии.

 

Не мускулами едиными живо движение. Если мы посмотрим на кисть, то мы видим мощный и гибкий манипулятор. При этом в кисти емнип всего пара мускулов. Все остальные - в предплечье и усилие передается в кисть многочисленными сухожилиями.

 

Но сухожилия уже очень мощная штука. Стопа может выдержать несколько весов тела. Но на ахилесово сухожилие усилие передается рычагом костей - дополнительное усиление. В общем на сечение порядка см2 у нас в сухожилии приходятся тонны - эквивалент сотен атмосфер пневматики.

 

С другой стороны это значит что у природы уже есть материал для очень прочных и гибких пневматических трубок, а с ремонтом биология справляется куда лучше человека.

 

Мускулы/сухожилия хорошо работают на сжатие, но для толчка им необходимы скелетные рычаги. Пневматика может дополнять - работая на расширение.

 

3. Аккумулятор энергии.

 

Проблема с аккумуляцией простым сжатием - часть энергии уходит в тепло. Емнип уже при ~5 атм нагрев будет порядка 100 градусов, те дальше для использования в биосистемах надо охлаждать воздух и терять часть энергии.

 

Но большое преимущество воздуха - его можно хранить долго. АТФ достаточно быстро разлагается так что у живых организмов очень ограниченные возможности по запасанию энергии.

 

Хороший пример такой системы - ракета на воде вытесняемой воздухом. https://en.wikipedia.org/wiki/Water_rocket Рекорд для таких ракет - порядка км The world record for a water rocket, set in 2015, is 2723 feet. (800 м)

 

Проблема пневматики для водных жителей - низкая плотность. Плотность тканей и так сравнима с водой, так что у пневматического существа плавучесть получается положительная, если не таскать тяжелый балласт камней то доступ к глубинам резко дорожает.

 

Еще проблема мускулов - они тратят энергию даже при отсутствии механической работы. Поэтому для раскрытия раковин моллюсков измором иглокожиие используют пружину https://d-catulus.livejournal.com/94880.html Ессно пневматика позволяет получать такую пружину.

 

4. Замена скелета.

 

Пожалуй самая интересная возможность. Если мы посмотрим на какой-нибудь пэддлборд, то мы видим жесткую надувную систему не шарообразной формы.

 

Внутри множество стяжек которые превращают шар в доску.

 

Слово сопромат знают все, а вот с деталями обычно похуже. Легко сделать структуру которая будет устойчиво работать на растяжение, зато работа на сжатие это гораздо сложнее. Одно дело спустить игрушку с люстры на нитке, другое дело - строительство башни из кубиков до люстры.

 

Проблема такой структуры - устойчивость к повреждениям, укусам/уколам. Но в принципе "самозалечивающиеся баки" и у человека работают, а уж природа такое может отладить...

 

5. Нетривиальные эффекты.

 

При расширении сжатого воздуха можно получить низкие температуры, вплоть до сжижения воздуха. Хотя куда это применить?

 

Воздух штука легкая так что энергия сжатого воздуха может переходить в очень высокие скорости. Это используется скажем в пескоструе - струя воздуха разгоняет абразив до околозвуковых скоростей. Вскрывать раковины моллюсков?

 

-

 

В общем - скажем бурдюк с воздухом и водой, плавает на поверхности воды. Накачивается молекулярными насосами. В случае опасности прыгает на сотни метров пневмоводяной ракетой, может и нападающую птицу протаранить и съесть.

 

Разрушает раковины моллюсков пескоструем, раздвигает камни расширением мешка. Может сдуться и заползти в норку.

Edited 15 Jan 2025 by vashu1

[TunderTunder]

В общем - скажем бурдюк с воздухом и водой, плавает на поверхности воды. Накачивается молекулярными насосами. В случае опасности прыгает на сотни метров пневмоводяной ракетой, может и нападающую птицу протаранить и съесть.   Разрушает раковины моллюсков пескоструем, раздвигает камни расширением мешка. Может сдуться и заползти в норку.

И никаких позвоночных птиц

[Эгалитарный Эусоциалист]

англоязычном форуме спекулятивной эволюции

Можете дать здесь ссылку?

Edited 15 Jan 2025 by Эгалитарный Эусоциалист

[Vanga Vangog]

Как уже отметили, сжатый воздух то ниоткуда не берется. Так что пневматика лишь передает энергию ... или нет?

Не видел где отмечали, но спасибо за развернутый ответ. А сколько времени понадобится чтобы таким молекулярным насосом создать требуемое давление?

Вообще его накопление видится здоровым таким препятствием - заставить белковые волокна просто сократиться по нервному сигналу всяко быстрее. Пневмомускульная система, похоже, будет требовать времени на "запуск". Может животинки будут "заряжаться" в периоды покоя, например сна, в безопасном месте, а днем просто гонять один и тот же аккумулированный объем от точки приложения к точке приложения. Внезапное нападение хищника вне этого времени это конечно смерть, но выживают же как-то хладнокровные несмотря на вялость холодным утром.

Проблема с аккумуляцией простым сжатием - часть энергии уходит в тепло. Емнип уже при ~5 атм нагрев будет порядка 100 градусов, те дальше для использования в биосистемах надо охлаждать воздух и терять часть энергии.

Такс, похоже охлаждающая функция мешков нивелируется. Чтож.

И никаких позвоночных птиц

Не ими одними едины. Но да, больше конечно интересны возможности приложения к позвоночным.

Можете дать здесь ссылку?

https://specevo.jcink.net/index.php?showtopic=4572&hl=Breaking+boundaries

Внизу темы, пост "Birds walking on their feathers"

Edited 17 Jan 2025 by Vanga Vangog

[Эгалитарный Эусоциалист]

Внизу темы

Благодарю 

[dragon.nur]

КПД мышц 70 %, КПД механической передачи связками (за счёт трения) условно около 85 %, КПД пневматической передачи обычно не превышает 20 %. Т.о. "неоптице" мышечная масса пневмонасоса понадобится раза в три-четыре больше, чем у скелетных существующих. 

[Vanga Vangog]

КПД мышц 70 %, КПД механической передачи связками (за счёт трения) условно около 85 %, КПД пневматической передачи обычно не превышает 20 %. Т.о. "неоптице" мышечная масса пневмонасоса понадобится раза в три-четыре больше, чем у скелетных существующих. 

Эх, убедили. Позвоночным и вообще активным животным с таким значит не быть.

Остается "плавучий бурдюк" vashu1.

[Звёзды Светят]

Про это есть небольшой рассказик. На форуме его даже скидывали, но название не помню.

https://fai.org.ru/forum/topic/27396-uzhas-vyisot/

[hanhnets]

Posted

Да, это он, благодарю.

[Эрнесто де Сырно]

Какая классная тема! Пожалуй, я тут немного побакую.  

 

Вообще предлагаю для разнообразия рассмотреть 3 типа мышц: 

1. Обычные (реал). 

2. Пневматические.

3. Гидравлические. 

 

КПД мышц 70 %,

Не многовато ли? Тут говорится о 25% в наиболее выгодных режимах. 

https://meduniver.com/Medical/Physiology/520.html

 

 

Я так подозреваю удельная будет невелика, что есть проблема для летающих,

Какое интересное утверждение... Сначала я с Вами согласился... но потом захотелось возразить. 

Мы хотим сравнить мощность мышцы и гипотетического химического компрессора или насоса. Вроде, все три варианта есть в живой природе, и вроде пневмо- и гидро- не отличаются большой мощностью... Но может быть это потому, что большая мощность и не нужна? 

Я вот вижу одно преимущество пневмо- и гидро- наслсов перед мышцами. 

Если мышца сократилась, то она не сможет совершить работу, пока не расслабиться и не сокоатится повторно. Если животное большое, то оно не может сокращать мышцы быстро - и ограничением будет именно большая продолжительность движений, а не недостаток энергии и мощности. Вот  если заменить большую мышцу несколькими маленькими, и передавать на кости мощность через редуктор, чтобы за одно движение делалось несколько мышечных сокращений, то тогда бы удельная мощность мышц возрасла... 

 

А вот гидро- и пневмо насосы такой проблемы нет: они могут всегда работать с максимальной скоростью. 

Edited 2 Mar 2025 by Эрнесто де Сырно

[Эрнесто де Сырно]

 

Передача энергии.

 

Спасибо за интересное сообщение. 

Тут уже ближе к теме. Пневмо- или гидронасос, работающий на  обычных мышных плюс пневмо или гидравлические мышцы против обычных мышц. 

Главное преимущество альтернативной схемы в возможности работы насоса на высоких оборотах, что дает выигрыш в удельной мощности. о

Оптимально иметь несколько таких насосов вместо одного большого, опять же для увеличения оборотов. 

Но важно чтобы пневмо- и гидромышцы весили меньше обычных мышц. Иначе выигрыша не будет. 

На что мы можем рассчитывать? для примерной оценки возьмем тормозную систему автомобилей. 

https://avtorazbor.top/articles/davlenie-v-tormoznoy-sisteme-avtomobilya-v-atmosferah/

Давление в пневмосистеме 10 атм гидросистеме 100 атм

https://dzen.ru/a/Xgj1lCvrSQCvO77Y

прочность сухожилий 400 атм

https://studopedia.su/16_49279_udelnaya-sila-razlichnih-mishts.html

сила мышц 10 атм. 

 

Пневмомышцы сравнимы с обычными мышцами по стле, но гораздо легче ( внутри воздух). Гидромышцы компактнее и легче. Правда, остается вопрос, может ли живой насос создать давление 100 атм ... Что то мне подсказывает, что насас похожий га сердце вряд ли сможет создать давление сильно больше 10 атм. 

 

Остается вопрос, будет ли это давать выигрыш в весе с учетом насоса...

 

Проблема с аккумуляцией простым сжатием - часть энергии уходит в тепло.

Согласен, это серьезная проблема. Изменение температуры при сжатии и расширении приводят к потере энергии и снижению КПД. Предложу несколько вариантов решения этой проблемы. 

1. сжиматься и расширяться газ будет в пищеристых телах, так чтобы быстро нагреваться и охлаждатсь о них и процессы были изотермическими. Если для сжатия используется хтмический насос, то сжатие сразу становится изотермическим. 

КПД теряется когда растет энтропия, то есть когда происходит передача тепла от более нагретого к менее нагретому веществу. Если температура обоих вещест одинакова, то суммарная энтропия неизменна, и КПД максимально высокий. 

2. Уменьшить разницу давлений. Пусть в пневмоартериях будет 10 атм а в пневмовенах 5. 

3. использовать несжимаемую жидкость вместо газа. 

Edited 2 Mar 2025 by Эрнесто де Сырно

[vashu1]

Если животное большое, то оно не может сокращать мышцы быстро - и ограничением будет именно большая продолжительность движений, а не недостаток энергии и мощности.

Хороший момент.  При слишком медленном движении мышца используется неэффективно - скажем у велосипедистов есть такое понятие как оптимальный каденс. У крупных животных движения медленнее, интересно делают ли с этим что-то слоны/киты/диплодоки.

 

Но не вижу отношения к теме. Я так понимаю с размерами ~ человека в большинстве движений такой проблемы нет, а летающие животные за размеры человека не перерастают.

 

Ну и пневматический движитель при медленном движении не увеличивает эффективность - к поршню требования те же, только подводящую трубу можно сделать тоньше. Ну так медленные мышцы тоже можно питать меньшим количеством крови.

 

сжиматься и расширяться газ будет в пищеристых телах, так чтобы быстро нагреваться и охлаждатсь о них и процессы были изотермическими.

 

У нас сжатие в одном месте, расширение в другом. Те тепло надо перенести жидкостью, например кровью.

 

Но закачивать кровь против давления в 5-10 атм это уйма энергии - порядка килоджоуля на литр, а рекурпирировать эту энергию без турбины как?, или надо держать всю кровеносную систему под таким давлением с соответствующими стенками.

[Эрнесто де Сырно]

Но не вижу отношения к теме.

Для темы было бы интересно сравнить эффективность пневмомышц и обычных мышц. 

 

Ну и пневматический движитель при медленном движении не увеличивает эффективность - к поршню требования те же, только подводящую трубу можно сделать тоньше.

Выигрыш будет, если накачивать воздух высокооборотистыми обычными мышцами, которые легкие за счет больших оборотов.  А работу делать пневмомышцами, которые легкие за счет воздуха внутри.  Выигрыш за счет того, что медленная часть легкая. 

Но и есть проблема с тем, что вместо одного двигателя теперь 2. Надо считать, что выгоднее...

Я так понимаю с размерами ~ человека в большинстве движений такой проблемы нет,

Так и слону кажется что с его скоростью движений проблем нет. Мышцы каждого животного оптимизированы под его типичную скорость движений, в том числе и путем 

медленные мышцы тоже можно питать меньшим количеством крови.

И силино поаысить удельную мощность путем увеличения скорости человек не может. Тут интересно было бы сравнить удельную мощность крупных и мелких животных. Там, если я не ошибаюсь, у мелких как раз преимущество... Но это так, мои размышлизмы. Буду рад выслушать конструктивную критику. 

 

Но закачивать кровь против давления в 5-10 атм это уйма энергии - порядка килоджоуля на литр, а рекурпирировать эту энергию без турбины как?

Если я не ошибаюсь (опять считать надо) не так уж там и много тепла при сжатии расширении выделяется. И потери энергии даже если качать кровь против давления в 10 атмосфер будут приемлемые... 

Опять же, можно как-нибудь схитрить, чтобы против такого давления кровь качать не требовальсь. Например, нагревать кровью только наружную часть пневмомышцы. Когда мышца сжимается, тепло передается вовнутрь.

Можно сделать живой карбюратор, чтобы воздух был с капельками воды или крови, или в виде пены: тогда сразу получается изотермичность+питательные вещества жля пневмомыщц. В общем, вариантов я вижу много. 

 

 

 

[vashu1]

Если я не ошибаюсь (опять считать надо) не так уж там и много тепла при сжатии расширении выделяется.

Сжимать до 10 атм - у результата будет температура 260 градусов, до 5 - 160.

[Эрнесто де Сырно]

 

Еще проблема мускулов - они тратят энергию даже при отсутствии механической работы. 

Если я правильно понял принцип работы обычных мышц, то там идет скольжение актина по миозину в виде химических гребков, причем после каждого гребка молекулы прочно связываются. А значит, если мышца остановится, то она перестанет расходовать энергию. 

Имхо, то, что мышцы расходуют энергию при статической нагрузке так же быстро, как и при динамической - всего лишь иллюзия. На самом деле разница между статическойти динамической нагрузкой очень велика.  

Мой личный опыт: таскал дрова сначала на тележке со спущенными колесами, а потом на горбу. Во втором случае постоянно кажется "какой же тяжелый щараза груз", устают руки и постоянно хочется его скинуть, но дыхание ровное. При использовании тележки кадется, что тащить очень легко, по сравнению с предыдущими пунктом...  но после прохода аналогичного расстояния возникала такая отдышка, что я начинал валиться с ног.

Это ничего не доказывает. 

 

 

Немного подумал о пневмо-и гидромышцах еще раз, и нашел следующий недостаток. 

Допустим, мышца сократилась на половину своей длины, немного постояла в таком положении и начала сокращаться дальше с той же силой. Причем сила сокращения 30% от максимальной. Какие мышцы справятся с такой задачей с лучше, обычные, пневматические или гидравлические? Если считать, что кпд перекачивания равен КПД актина-миозина? 

Обычная мышца. Миозин едет по актину. Остановился, подождал, поехал дальше. Отдельная молекула гребет с максимальной силой. 30% силы достигается за счет активации не всех молекул. 

Гидромышца. Клапан открывается, жидкость пошла... Но как добиться 30% силы? если клапан открыт полностью, то сила сокращения 100 %;  если не полностью 70% энергии теряется в клапане. Расточительно. Принимаются предложения, как повысить КПД. 

Пневмомышца. 

Тут вообще все печально (но это не точно). По мере расширения давление в мышце снижается. Газ должен совершать работу расширяясь при закрытых клапанах, только так можно получить всю запасенную в нем энергию. В середине пути надо остановиться. Как это сделать? Ну ладно, допустим впустили столько газа, чтобы остановиться в середине пути. Благо по мере сокращения пневмомышца слабеет. 

Но вот опять надо тронуться и продолжить сокращение из среднего положения... Для этого надо впустить в мышцу еще воздуха ... но вот беда, впускать мы его будем при максимальном давлении, а работу он начнет совершать только когда расширится до равновесного с ранее выпущенным газом давления... Часть энергии пошпадет зря... Причем сейчас я еще раз подумал о термодинамике и пришел к выводу, что очень не очевидно, в каком именно месте теряется энергия и выделяется лишнее тепло...

Теперь о проблемах с температурой. 

 

Сжимать до 10 атм - у результата будет температура 260 градусов, до 5 - 160.

Сейчас аккуратно посчитал, насколько должна изменить температуру пневмомышца при однократном мокращении и перепаде давлений от 10 до 1 атмосферы. Получилось 0,1 градус. 

И самое интересное, что количество  выделевшегося тепла равено работе мышцы. Хотя колебания температуры газа эквивалентного адиабатического процесса довольно велики, спасает то, что этот газ имеет очень маленькую по сравнению с мышцей массу. Из за этой же маленькой массы довольно легко организовать его нагревание/охлаждение. Масса газа маленькая. И его нагревание не должно создать значительных проблем. 

 

Просьба более внимательным коллегам пересчитать. А то я своим расчетам не очень верю.

Edited 10 Mar 2025 by Эрнесто де Сырно