Это явление объясняется тем, что количество движения, равное произведению массы жидкости на её скорость, направленное первоначально в сторону руки, встретив сопротивление ладони, меняет свой знак и устремляется в сторону пробки, вышибая её ранее сообщённой жидкости энергией, за вычетом потерь на трение (рис. 7).
То же самое явление произойдёт и с венозной кровью, если достаточно сильно ударить каблуком о землю. Всей массе крови, находящейся в венах между клапанами, сообщается при этом скорость, направленная к земле. Но после удара каблука о землю эта кровь, опираясь на нижние клапаны (мы уже знаем, что в обратную сторону венозную кровь они не пустят), энергично устремляется вверх к сердцу.
В какие же моменты жизни человеческое тело и его вены испытывают сотрясения силами и ускорениями, направленными к земле, вдоль гравитационного поля? Такие ускорения возникают во время бега и быстрой ходьбы. На рис. 8 показана схема движения ног человека и центра тяжести его тела во время бега. После того как нога будет выброшена вперёд и на неё перенесётся вся тяжесть тела, бедро человека, а следовательно, и его центр тяжести опишут часть окружности, радиус которой равен длине ноги. При следующем шаге — то же самое. В результате центр тяжести человека при беге и ходьбе описывает циклоиду. Ускорения при этом направлены к земле в точке Р. Эти ускорения во время быстрой ходьбы и вызывают удары каблуков о землю, а следовательно, удары венозной крови по клапанам. С каждым ударом зашлакованная кровь проталкивается по венам к сердцу, подобно тому, как выбрасывается вверх пробка из бутылки при ударе днищем о землю.
Рис. 8. Схема передвижения по циклоиде центра тяжести (А) человека при ходьбе и беге (r — длина ноги, Р — действующие силы).
Схема механизма движения человека позволяет сделать ещё одно интересное наблюдение. Как известно из механики, для прямолинейного движения тела с постоянной скоростью никакой затраты энергии не требуется. Но во время прямолинейной ходьбы человек устаёт. На что тратится его энергия? Как говорилось выше, центр тяжести человека движется не прямолинейно, а по циклоиде, поэтому центр тяжести при каждом шаге поднимается и опускается примерно на восемь сантиметров при длине ног в 1 метр.
Если принять вес человека за 80 килограммов, то совершаемая работа подъёма центра тяжести при каждом шаге на 8 сантиметров будет равна: 80X0,08 — 6,4 килограммометра. (Не считая трения и потерь).
Если человек за один час пройдёт 5 километров, сделав 6250 шагов, то он затратит 6250X6,4, то есть совершит бесполезную работу в 40 000 килограммометров, что равно мощности в 0,15 лошадиной силы! А учитывая потери на трение при опускании при каждом шаге и принимая коэффициент полезного действия механизма ног равным примерно 0,5, нетрудно подсчитать, что общая затраченная мощность будет около 0,3 лошадиной силы. Это и вызывает усталость.
Рассматривая механизм ходьбы с инженерной точки зрения, приходишь к выводу, что природа для четвероногих и двуногих существ выработала в конечном счёте довольно-таки несовершенную схему многозвенного устройства для передвижения. Эта схема требует большой излишней затраты энергии, сопровождающейся усиленным выделением шлаков, которые к тому же надо ещё поднять на высоту в полтора метра до сердца. Поэтому весьма полезно использовать внешнего помощника — удары каблуком или всей ступнёй о землю во время быстрой ходьбы. Но для этого нужно ходить не совсем так, как мы привыкли с детства. Рациональной ходьбе и бегу нужно учиться у туристов и марафонцев, у которых центр тяжести подпрыгивает очень мало и как следствие затраты энергии на передвижение сравнительно невелики. Посмотрите на схему такого бега (рис. 9). Центр тяжести движется почти прямолинейно.