Однако перечень значительных преимуществ человеческой жизни, которые с лихвой компенсируют трудности, вселяет уверенность, особенно если уделить внимание правильной механической настройке и использованию частей тела. Разумная адаптация зависит от знания механических проблем, природы напряжений и деформаций, а также природных возможностей их преодоления и предотвращения, как в неодушевленных структурах, так и в человеческом теле, и особенно принципов баланса, применяемых к весу человеческой структуры на ее костном каркасе.
СТРУКТУРА И СИЛЫ
Структура - это расположение материала, предназначенное для того, чтобы противостоять действию сил, передавая их или сопротивляясь им. Действие сил непрерывно во всей материальной вселенной. Вся материя представляет собой баланс сил. Если рассматривать материю не дальше молекулы, то качество и текстура любого вещества зависят от отношений составляющих его молекул, их взаимного сцепления или взаимного отталкивания. Это врожденное качество проявляется в том, как вещество встречает воздействующие силы.
Природу механических проблем, с которыми сталкивается человеческая структура, можно лучше понять, наблюдая те же проблемы в неживых структурах, где они относительно просты.
Инженерная наука строится, во-первых, на математическом определении степени и направления сил, которые действуют или будут действовать на любую проектируемую конструкцию, и, во-вторых, на выборе подходящих веществ для противодействия этим силам, их сочетании и расположении таким образом, чтобы в результате была достигнута устойчивость. Это приведет к наименьшей нагрузке на материалы конструкции.
В физической вселенной действие и реакция всегда равны и противоположны. Не существует силы, действующей сама по себе, или среды, в которой нет реакции. Сила, движущаяся в одном направлении, встречает равную силу или комбинацию сил, которые вместе равны и противоположны первоначальной силе. То, что это не всегда очевидно, объясняется различными видами структуры, которой обладают материалы. Воздух, вода и твердые вещества, такие как дерево и камень, по-разному реагируют на атакующую силу. Жидкости, газы и твердые тела отличаются друг от друга благодаря различиям в способах сцепления входящих в их состав молекул. А внутри групп различные вещества отличаются друг от друга: газы - плотностью, жидкости - густотой или жидкостью, а твердые тела - легкостью или тяжестью, мягкостью или твердостью, прочностью или хрупкостью. Эти различия отражают диспозицию молекул и определяют их реакцию на силы, приходящие извне.
ПЯТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
Под действием внешней силы любая структура, будь то простая или сложная, будет держаться или поддаваться в зависимости от ее способности встретить силу с сопротивлением, противостоящим и, по крайней мере, равным натиску.
Таким образом, давление вниз на любую деталь должно быть уравновешено тягой вверх в противоположном направлении. Силе, тянущей в одном направлении, должна соответствовать равная сила в другом; силе, вызывающей скручивание в одном направлении, должна противостоять равная сила в противоположном направлении; силе, вызывающей скольжение одной части по другой, должна противостоять сила, достаточно большая, чтобы удержать ее от скольжения; а силе, вызывающей тенденцию конструкции к изгибу вдоль своей оси, должна противостоять сила, достаточная, чтобы удержать ее от изгиба.
Направление силы, действующей на объект относительно его внутренней оси, определяет характер напряжения, которому подвергается объект. Любая сила, действующая на объект, вызывает внутри него определенное напряжение, поскольку ни одно действие не может происходить без реакции. Так, при давлении внутри объекта возникает напряжение сжатия, то есть его молекулы сближаются и пружинят в ответ. При растяжении возникает растягивающее напряжение: молекулы раздвигаются и стремятся вновь соединиться в реакцию.
ОСЕВЫЕ И ДРУГИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
Сжимающие и растягивающие напряжения называются осевыми, поскольку оба действуют вдоль оси, не изменяя ее. Могут возникнуть еще три напряжения, которые так или иначе затрагивают ось, если силы толкания и вытягивания комбинируются или направлены таким образом, что мешают оси. Это кручение, сдвиг и изгиб.