Ser grande é uma pequena vantagem em termos de velocidade, mas uma desvantagem mecânica significativa em muitos outros aspectos. Animais grandes não correm mais rápido que animais menores. A velocidade de um animal é igual ao comprimento de seu passo vezes o número de passos que leva em um minuto. Animais grandes têm pernas longas e passos proporcionalmente mais longos, mas eles têm um tempo mais desafiador para fazer com que suas pernas maiores se movam para frente e para trás tão rápido.
Sua maior inconveniência anula quase perfeitamente a vantagem de pernas mais longas, como o aumento de tamanho de um animal. A força que um músculo pode suportar em um membro para fazê-lo acelerar é proporcional à área da seção transversal das fibras musculares – uma corda grossa pode puxar com mais força do que uma fina. Assim, os animais grandes podem exercer mais força nas pernas do que os pequenos. Mas essa vantagem é mais do que compensada por uma desvantagem que se acumula muito mais rápido com o aumento do tamanho: os membros ficam mais pesados. A área da seção transversal aumenta apenas com o quadrado do comprimento, enquanto a massa de um animal e suas partes móveis separadas aumenta com o volume ou o comprimento ao cubo. Assim, à medida que um animal cresce, o peso de suas pernas aumenta mais rapidamente do que a força muscular disponível para fazer com que essas pernas se movam rapidamente. Seria como tentar fazer um carro andar mais rápido colocando um motor maior, apenas para descobrir que o peso extra desse motor maior e a estrutura reforçada necessária para apoiá-lo faziam o carro andar mais devagar.
Assim, enquanto o comprimento do passo aumenta em proporção ao comprimento da perna de um animal, a frequência do passo diminui na mesma proporção, de modo que a velocidade permanece praticamente a mesma, independentemente do tamanho.
Este cálculo só vale para animais geometricamente semelhantes - isto é, cujos membros e músculos são todos construídos nas mesmas proporções. Mas os cavalos evoluíram algumas maneiras de contornar o plano do cortador de biscoitos e, assim, vencer as probabilidades.
Suas pernas são desproporcionalmente longas para um animal de seu tamanho, e seus músculos são organizados de maneiras únicas para aumentar a frequência do passo. Essas adaptações permitem que os cavalos atinjam velocidades máximas de forma mais significativa do que qualquer outro animal terrestre de tamanho igual.
No entanto, a coisa mais notável sobre a mecânica do cavalo não é tanto como ele atinge as velocidades que atinge, mas como ele lida com os problemas de ser rápido e grande.
É no campo da resistência que o cavalo realmente se destaca. Apesar de seu peso considerável, um cavalo pode manter a velocidade em grandes distâncias. Os cavalos fizeram 80 quilômetros em pouco mais de quatro horas. Tal desempenho exige eficiência extraordinária no projeto mecânico.
Ao mesmo tempo, ser grande, pesado e rápido coloca enormes cargas estruturais nos membros. Eles devem ser leves para atingir altas acelerações, mas fortes o suficiente para sustentar o impacto de galopar em terrenos irregulares.
Projetar algo que seja ao mesmo tempo leve e forte é um problema clássico de engenharia mecânica. Os engenheiros não muito tempo atrás começaram a perceber que os engenheiros poderiam aplicar os mesmos métodos desenvolvidos para analisar como os materiais suportam a carga em edifícios ou aviões a animais e plantas para entender por que eles assumem as formas que assumem.
Ocasionalmente, esses estudos “biomecânicos” até apontaram para soluções de engenharia para problemas difíceis de projeto aerodinâmico ou robótico – soluções que a natureza já havia encontrado através da longa tentativa e erro da evolução. A história de como as pernas do cavalo evoluíram para encontrar um equilíbrio complexo entre velocidade, eficiência e força também é uma história de engenharia.
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