潘崧

早期的飛機(jī)在快速飛行時(shí)，機(jī)翼常常發(fā)生顫振，有時(shí)會(huì)因此造成折翼、墮機(jī)的嚴(yán)重事故。蜻蜓在飛行時(shí)卻很平穩(wěn)?？茖W(xué)家研究證明，原來蜻蜓的翅膀上有兩塊較厚的對稱的翅痣，可以防止顫振的發(fā)生。于是飛機(jī)設(shè)計(jì)師們在機(jī)翼上的相應(yīng)部分設(shè)置了兩塊仿型翼板。果然，改進(jìn)的飛機(jī)快速飛行時(shí)就平穩(wěn)得多了。這是現(xiàn)代科學(xué)—一生物力學(xué)研究成果在工業(yè)技術(shù)上應(yīng)用的一個(gè)生動(dòng)事例。

什么是生物力學(xué)

人們都知道自然科學(xué)中有力學(xué)和生物學(xué)，很多人并不了解還有生物力學(xué)。的確，按一般人理解，力學(xué)是研究物換星移、山崩地裂、江河奔流、機(jī)器轟鳴的非生命現(xiàn)象的；而生物學(xué)則是研究生命的起源、變異、遺傳、進(jìn)化等。兩者似乎是“風(fēng)馬牛不相及”的。

其實(shí)不然。任何生命的發(fā)生發(fā)展都是和力的作用分不開的。因此，僅僅從生物學(xué)本身去研究生物體的結(jié)構(gòu)，就會(huì)有許多問題得不到解答。于是，人們開始用力學(xué)的原理去探索各種復(fù)雜的生命現(xiàn)象。我國三國時(shí)代的名醫(yī)華陀曾經(jīng)提倡過“五禽戲”的拳法，說明他已覺察到摹仿各種禽類動(dòng)作的受力方法，可以達(dá)到增強(qiáng)人的體質(zhì)的目的。他的徒弟程普，照此方法練身，活到九十歲，牙齒不落一顆。意大利的偉大科學(xué)家伽里略已經(jīng)發(fā)現(xiàn)人的骨頭受力之后會(huì)變得粗壯起來。德國的生理科學(xué)家馮·海曼考察了許多生物尸骨，發(fā)現(xiàn)骨面微隆的骨小梁，排列的方向都很有規(guī)則。于是他拿了一塊大腿骨請力學(xué)專家做應(yīng)力實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果使馮·海曼大吃一驚：原來這些骨小梁排列的方向和骨骼受的主應(yīng)力方向竟是完全一致，說明骨小梁隆起有一定走向，是因?yàn)槭艿綉?yīng)力作用的結(jié)果。現(xiàn)在，科學(xué)家們幾乎把人體206塊骨頭一一研究過了，他們發(fā)現(xiàn)：凡是受力大的地方，總是骨骼質(zhì)密而粗壯；而受力小的地方，總是骨骼質(zhì)松而細(xì)小。此外，科學(xué)家們還從力學(xué)觀點(diǎn)，研究了人體的皮膚、肌肉、血液以及神經(jīng)系統(tǒng)等，證明了這些組織和液體的變化發(fā)展都和它們受力的狀況有直接關(guān)系。于是這門以力學(xué)的觀點(diǎn)和方法研究生命現(xiàn)象、或者從生物體中探尋力學(xué)規(guī)律并在科學(xué)和建設(shè)中加以應(yīng)用的新學(xué)科——生物力學(xué)，受到人們廣泛注意。

生物力學(xué)的分支和應(yīng)用

生物力學(xué)是研究生命的力學(xué)，所以有時(shí)也叫做生命力學(xué)。它研究范圍相當(dāng)廣泛，凡是生物學(xué)和力學(xué)相聯(lián)系的部分，都是生物力學(xué)研究的內(nèi)容。它的分支有幾十種。而生物力學(xué)研究的所有課題幾乎都和人類生活息息相關(guān)。例如：

研究骨頭、血管、肌肉、皮膚等力學(xué)特性的叫做生物材料力學(xué)。它可以為研究人體的發(fā)展變異和制造人工臟器提供重要的資料和數(shù)據(jù)。

研究人體血液、淋巴、胃液、痰、唾液、關(guān)節(jié)液等的叫做生物流體力學(xué)。這種研究對于診斷人體疾病有很重要的意義。如通過測定血液或唾液中的粘滯阻力，可以斷定是否有血液病或消化不良等。

研究人體運(yùn)動(dòng)時(shí)受力狀況的叫做生物運(yùn)動(dòng)力學(xué)。這種研究可以指導(dǎo)人們正確地進(jìn)行體育鍛煉和體育醫(yī)療。例如打太極拳，在行云流水般的纏繞運(yùn)動(dòng)中，人體的皮膚、肌肉、骨頭、血管、臟器、神經(jīng)都處在受力變形之中，科學(xué)測定表明，這時(shí)人體新陳代謝、血液循環(huán)加快，因此有活血化瘀之效、益壽延年之功。

研究生物體的合理的受力結(jié)構(gòu)，在科學(xué)和建設(shè)中加以仿制，叫做力學(xué)仿生。許多生物體在長期演化過程中淘汰了不合理的部分，使自己肌體達(dá)到最佳狀況。對這些進(jìn)行研究并加以利用，可以使我們的建設(shè)工作更加科學(xué)和合理。前面我們舉了根據(jù)蜻蜒翅膀改進(jìn)飛機(jī)機(jī)翼的例子。又如，過去的魚雷前進(jìn)速度較慢，因?yàn)樗谛羞M(jìn)中，周圍產(chǎn)生大量湍流，增加了阻力。而海豚卻游得很快。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，海豚不僅有流線型體型，而且皮膚彈性好，高速游動(dòng)時(shí)能適應(yīng)水波狀況作波浪式起伏，因而避免了出現(xiàn)湍流。于是人們仿制海豚皮蒙于魚雷體外，大大增加了魚雷的射速。又如樹根符合應(yīng)力最佳分布狀況，經(jīng)過科學(xué)家的研究，為設(shè)計(jì)高煙囪、電視塔等建筑物提供了很好的資料。

生物力學(xué)雖然是一門新興學(xué)科，但它已經(jīng)在醫(yī)療、體育、建筑、軍事、宇航等各個(gè)方面顯示了自己的生命力。生物力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，必將使人類的生產(chǎn)和生活進(jìn)一步改觀。