Архитектурная бионика

196 Архитектурная бионика Пневматические системы^ . Если сорвать молодой стебель, лист лопуха или какого-либо другого расте ­ ния, то через некоторое время они обвиснут и обмяк ­ нут — увянут. Это явление связано с потерей внутри ­ клеточного давления и тургора. При этом организм уже не представляет собой напряженную систему, хотя его ткани и могут сохранять свою прочность по отношению к растягивающим усилиям (их мы исполь ­ зуем в технике в виде волокна) . В этом случае орга ­ низм теряет какое-то одно из своих опорных свойств. Что же такое внутриклеточное давление в растении и тургор? Давление в клетках возникает в связи с образова ­ нием клеточного сока, представляющего собой рас ­ твор в воде минеральных солей и органических соеди ­ нений. Вода движется по клеткам в сторону наиболь ­ шей концентрации раствора (т.е. туда, где не хватает воды) , или, как говорят биологи, диффундирует. В этом случае вещество раствора как бы всасывает воду, действуя наподобие насоса 2 . В результате в клетках создается так называемое "осмотическое давление" — давление клеточного сока на полупро ­ ницаемую мембрану — стенку клетКи. При достаточ ­ ном насыщении раствора это давление препятствует поступлению воды. Если имеются излишки воды в организме, то она выделяется через поры наружу — испаряется, если недостаток — то растение "вянет", теряет упругость своих форм. Но стенки клетки должны противодействовать осмотическому давлению, которое может достигать 100 атм (выше давления пара в самых сильных локо ­ мотивах) . В большей степени благодаря сильному давлению клеточного сока подорожники, например, могут пробить себе путь к свету через асфальтовые покрытия улиц, а альпийские подснежники — разру ­ шить весеннюю, достаточно толстую корку льда, по ­ крывающего землю. Противодействуя осмотическому давлению, стенки живых клеток соответствующим образом строят свой материал: они упруги, но одно ­ временно и эластичны. Эластичность достигается за счет их пористости и особого волокнистого строения. Сопротивление клеточной оболочки осмотическому давлению называется тургорным давлением, а давле ­ ние содержимого клетки на оболочку, уравновешен ­ ное сопротивлением растянутой оболочки, называет­ ся клеточным тургором. Тургор придает упругость органам растений. Однако стенки живых растущих клеток в общем очень тонкие, и можно просто удивляться, каким обра ­ зом они выдерживают большие давления. Но это ста ­ новится понятным, если представить себе сумму кле ­ ток, одинаково напряженных соком и как бы поддер ­ живающих друг друга (по такому принципу можно сделать упругую кладку буквально из пузырей, за ­ ключив их в соответствующую обойму, подобную коре или кожице растения, в виде тонкой, но твер ­ дой скорлупы) . Взаимосодерживающие и уравновешивающие друг друга силы в живой природе, подобные росту кожи ­ цы, коры дерева, основной ткани; одинаковые по силе, но противоположные по направлению давления в соседних клетках; спиральные вращения клеточного сока и протоплазмы и т.д. можно назвать полярными напряжениями. Эти напряжения помогают живой при­ роде строить структуры с гораздо меньшими затра ­ тами материала. Напряжение в клетках и тканях, вызванное давле ­ нием клеточного сока и протоплазмы, можно отнес ­ ти к гидростатическому (или гидродинамическому) 1 Раздел написан Ю.С. Лебедевым и С.Б. Вознесенским , Стенки клеток имеют поры.

давлению. Но кроме давления, оказываемого жид ­ костью, в клетках может возникать давление, порож- денное газообразными веществами. Его называют аэростатическим (или аэродинамическим) давлением. Как гидростатика, так и аэростатика приобретают все большее значение в архитектуре и строительстве. На их основе проектируются и строятся так называе ­ мые пневматические (и гидростатические) конструк ­ ции. Пожалуй, не найдется ни одной области хозяйства, в которой не были бы полезными пневматические соо ­ ружения. Рациональность же и экономичность их прос ­ то удивительны. На основе пневматических сооружений возводят ­ ся выставочные павильоны, спортивные сооружения, рестораны, кафе, промышленные здания, туристичес­ кие лагеря в высокогорных районах, зерноовощехра- нилища. Например в Ярославле несколько лет назад был установлен воздухоопорный зерносклад пролетом 20 м. Опытное хранение 1000 т зерна показало благопри ­ ятные результаты — зерно, пролежавшее зимние ме ­ сяцы, не снизило своего качества. Недалеко от Таллина надувной оболочкой пере ­ крыт кинотеатр. Надувные купола удобны и в качест­ ве тепляков для производства строительных работ в зимнее время. В Сыктывкаре под надувным куполом в зимнее время производятся кровельные работы. Под надувными прозрачными "пузырями", отража ­ ющими инфракрасные солнечные лучи и пропускаю ­ щие ультрафиолетовые, строятся стадионы в жар ­ ких странах. С целью создания постоянного благо ­ приятного микроклимата проектируются из пленок города под куполом для других крайних условий проживания — Заполярья. Однако в конструировании пневматических обо ­ лочек остается еще много проблем, в решении ко ­ торых должна помочь живая природа. В частности, пневматические конструкции с точки зрения статики пока недостаточно устойчивы (деформируются от сильных ветровых нагрузок) . В результате возникает необходимость применения более плотных и тяже ­ лых по массе материалов, чтобы сократить потери давления, и более мощных электромоторов для пред- напряжения конструкций, что ограничивает размеры последних. Одно из основных направлений решения этого вопроса — поиски таких форм конструкций, геометрия которых в данных конкретных условиях максимально сокращает силу действия ветров, дож ­ дей, снегозаносов, а в воде — водных потоков, т.е. позволяет получить минимальный аэрогидродинами- ческий коэффициент сопротивления. Конкретные формы живой природы оптимально аэрогидродинамичны. Причем, достижению этого в живой природе способствуют, как уже говорилось, те же конструктивные принципы и средства, которые действуют и применяются в пневмогидросистемах: преднапряженность клеток водой и воздухом, а так ­ же эластичность живых тканей. Примером могут слу ­ жить стебли и листья растений, лепестки и чашелист- ники цветов, кактусы, а в воде — медузы, морские ежи, рыбы. Груша, апельсин, кокосовый орех — тоже факти ­ чески, аэрогидродинамические системы. Их формы обтекаемы, но каждая приобретает свой характер в зависимости от условий среды, в которых она на ­ ходится, и наследственности (рис. 19). Каждая построенная человеком аэрогидродинами- ческая форма должна также максимально отвечать характерным динамичным- факторам среды или мес ­ та строительства. Только в этом случае можно гово ­ рить об их рациональности. Пока что формы аэрогид-