Энергия и цивилизация - читать онлайн книгу. Автор: Вацлав Смил cтр.№ 54

Ходьба и бег, два естественных способа человеческого передвижения, преобладали в доиндустриальных обществах. Энергетические затраты, средние скорости и максимальные дневные дистанции всегда зависели в первую очередь от индивидуальной готовности и ландшафта (Smil 2008а). Затраты были больше при скоростях как выше, так и ниже оптимума в 5–6 км/ч, а при движении по неровной поверхности, грязи или глубокому снегу они увеличивались в среднем на 25–30 %. Перемещение вверх по склону сопровождается затратами, которые определяются как градиентом, так и скоростью, и исследования показывают почти линейное увеличение в энергетических потребностях в соответствии с широким спектром скоростей и уровня наклона (Minetti et al. 2002).

Бег требует выхода мощности между 700 и 1400 МВт, что в 10–20 раз больше, чем при базовом обмене веществ. Медленно бегущий человек весом в 70 кг произведет 800 Вт; мощность опытного марафонца, одолевшего дистанцию (32,195 км) за 2,5 часа, в среднем составит около 1300 Вт (Rapoport 2010); и когда Уссейн Болт установил мировой рекорд на стометровке в 9,58 с, максимальная мощность (несколько секунд при беге и в то время, когда его скорость составляла половину от максимума) была

2619,5 Вт, то есть 3,5 лошадиных силы (Gomez, Marquina and Gomez 2013). Энергетические затраты человека при беге сравнительно высокие, но как уже отмечалось (глава 2), люди обладают уникальной способностью почти полностью отделять эти затраты от скорости (Carrier 1984). Исследователи (Arellano and Kram 2014) показали, что поддержка веса тела и толкание его вперед требуют около 80 % всех энергозатрат при беге; сгибание ног – около 7 %, поддержание бокового баланса – около 2 %; но размахивание руками снижает общие затраты примерно на 3 %.

Современные показатели в беге постоянно росли на протяжении XX века (Ryder, Carr and Herget 1976), и они безо всяких сомнений выше, чем лучшие исторические достижения. Но нет недостатка в выдающихся примерах бега на длинные дистанции и в доиндустриальных обществах. Забег Фидиппида из Афин в Спарту прямо перед битвой при Марафоне в 490 году до н. э. стал образцом беговой выносливости. Фидиппид преодолел дистанцию в 240 км всего за два дня (средний выход мощности, предполагая вес бегуна в 70 кг, был около 800 Вт, чуть больше одной лошадиной силы) только для того, чтобы сообщить, что спартанцы отказали в помощи.

Одомашнивание лошадей не только ввело в оборот новый, более мощный и быстрый персональный транспорт, оно ассоциируется с распространением индоевропейских языков, бронзовой металлургии и новых способов ведения войны (Anthony 2007). На лошадях ездили верхом задолго до того, как появилась упряжь; начало этой практики прослеживается до азиатских степей середины 2-го тысячелетия до н. э. Но есть версия (Anthony, Telegin and Brown 1991), что все началось много ранее, около 4000 года до н. э., среди людей среднестоговской культуры на территории современной Украины.

Эта версия базируется на не доказанной до сих пор гипотезе о разнице между малыми коренными зубами у диких и домашних лошадей; у животных, ходивших в узде, другая картина скашивания и стирания на микрофотографиях зубов. Схожим образом использовали (Outram and co-workers 2009) повреждения от взнуздывания (и другие свидетельства) для доказательства того, что первое одомашнивание лошади произошло у людей ботайской культуры и что на некоторых животных ездили верхом. При ходьбе взнузданные животные были не быстрее человека, но рысь (свыше 12 км/ч) и галоп (до 27 км/ч) позволяли покрывать дистанции, которые потребовали бы от человека значительных усилий. Галопирующая лошадь дает большой выигрыш в силе: ее мускульная работа сокращается наполовину посредством сохранения и возвращения энергии эластичного натяжения в похожих на пружины мускулах и сухожилиях (Wilson et al. 2001).

Опытный всадник на подходящем животном мог проехать 50–60 км/день, а меняя лошадей в случае экстренной ситуации, можно было одолеть и 100 км. Максимально длинные для Средних веков дистанции ежедневно проезжали всадники из монгольского яма (почтовой службы; Marschall 1993), а Буффало Билл (1846–1917) утверждал, что, будучи молодым сотрудником службы Pony Express, он проехал, после того как его напарника убили, 515 км за 21 час 40 минут, использовав 21 лошадь (Carter 2000). Исследования показали (Minetti 2003), что типичная эффективность работавших на больших расстояниях служб была тщательно оптимизирована. Почтовые службы предпочитали среднюю скорость в 13–16 км/час и дневную дистанцию в 18–25 км на одно животное, чтобы минимизировать риск гибели лошадей. Этот оптимум соблюдался и в Персии во времена царя Кира, установившего регулярное сообщение между Сузами и Сардисом после 550 года, а также монгольскими ямщиками XIII века и фирмой Overland Pony Express, которая обслуживал Калифорнию до создания телеграфа и железной дороги.

Но поездка на лошади всегда была серьезным вызовом для человека. Поскольку в передней части тела лошади сосредоточено три пятых ее веса, единственный способ сделать так, чтобы совпали вертикальные проекции центров тяжести у животного и всадника – сесть впереди. Но прямая передняя посадка помещает центр тяжести всадника много выше, чем у лошади. Это провоцирует быстрые рычажные колебания наездника, если лошадь резко ускоряется, прыгает или останавливается. Таким образом, наиболее эффективная позиция требует, чтобы центр тяжести всадника находился не только впереди, но и низко.

Типичная жокейская стойка («обезьяна на палке») – лучший способ добиться такого положения. Любопытно, что эта посадка окончательно установилась только в конце XIX века благодаря Фредерико Каприлли (Thomson 1987). Обнаружено (Pfau and co-workers 2009), что результаты крупных скачек улучшились на 7 % около 1900 года, когда такую посадку начали активно применять. Она изолирует всадника от колебаний скакуна: очевидно, что лошадь поддерживает вес наездника, но не заставляет его качаться при каждом цикле движений. Поддержание жокейской посадки требует значительных усилий, что подтверждено сердечным ритмом, близким к максимальному, у жокеев во время забегов. Эта позиция, используемая в несколько преувеличенном виде в современном конкуре, радикально отличается от стилей верховой езды, зафиксированных в скульптурах и на картинах. По разным причинам всадники сидели слишком близко к хвосту, и максимально эффективное передвижение было невозможным. Наездники классической эпохи находились еще в худшем положении, поскольку у них не было стремян. Только с их появлением в раннесредневековой Европе стали возможными рыцарские турниры.

Простейший способ транспортировать грузы – переносить их. Там, где не было дорог, люди зачастую справлялись с этой задачей лучше животных: низкая эффективность компенсировалась легкостью погрузки и разгрузки, умением двигаться по узким тропам и карабкаться по склонам. По этой же причины ослы и мулы с корзинами часто превосходили лошадей: более устойчивые на неровных тропах, с более твердыми копытами, выносливые и требующие меньше воды. Самый эффективный способ переноски состоит в помещении центра тяжести груза над центром тяжести носильщика, но балансирование ноши не всегда практично. Шесты, прикрепленные к плечам, и деревянные ярма, увешанные мешками или ведрами, лучше всего подходят для переноски. Переходы на длинные расстояния по пересеченной местности лучше всего совершать с заплечными мешками, снабженными наплечными и наголовными ремнями. Шерпы Непала, транспортирующие грузы гималайских экспедиций, считаются лучшими носильщиками. Они могут поднять от 30 до 35 кг (примерно половина веса тела) в базовый лагерь, и менее 20 кг на более крутых склонах в разреженном воздухе выше него.