Limitations of animal running speed
पशुओं की दौड़ने की गति की सीमाएँ इस बात का अवलोकन प्रदान करती हैं कि विभिन्न कारक अधिकतम दौड़ने की गति को कैसे निर्धारित करते हैं। कुछ स्थलीय जानवरों को अत्यधिक उच्च गति प्राप्त करने के लिए बनाया गया है, जैसे कि चीता, प्रोंगहॉर्न, रेस हॉर्स और ग्रेहाउंड, जबकि मनुष्य उच्च स्प्रिंट गति प्राप्त करने के लिए प्रशिक्षित कर सकते हैं। अधिकतम दौड़ने की गति का कोई एकल निर्धारक नहीं हैः हालाँकि, कुछ कारक दूसरों के खिलाफ खड़े हैं और जानवरों और मनुष्यों दोनों में जांच की गई है। इन कारकों में शामिल हैंः मांसपेशियों की गति वाली भुजाएँ, पैर की आकृति विज्ञान, मांसपेशियों की वास्तुकला और मांसपेशियों के फाइबर का प्रकार। प्रत्येक कारक ग्राउंड रिएक्शन फोर्स (जी. आर. एफ.) और पैर के संपर्क समय में योगदान देता है जिसमें से अधिकतम गति बढ़ाने के लिए परिवर्तन सभी प्रजातियों में अच्छी तरह से नहीं समझे जाते हैं। ग्राउंड रिएक्शन फोर्स और फुट कॉन्टैक्ट टाइम जी. आर. एफ. एक सामान्य प्रकार है जिसका अध्ययन रनिंग गैट में किया जाता है। मनुष्यों में यह दिखाया गया है कि जैसे-जैसे वेग बढ़ता है, ऊर्ध्वाधर जी. आर. एफ. में एक रैखिक वृद्धि होती है। दौड़ने के दौरान जी. आर. एफ. शरीर के वजन से अधिक हो जाता है और इसलिए शरीर द्वारा अतिरिक्त बल लगाया जाना चाहिए। वेयंड एट अल द्वारा किए गए एक अध्ययन में, यह दिखाया गया था कि तेज मानव धावकों ने अधिक ऊर्ध्वाधर जी. आर. एफ. लागू करके उच्च गति प्राप्त की, न कि स्विंग समय बढ़ाकर। चीतों के मामले में ऐसा नहीं हो सकता है। पैर के संपर्क का समय, या रुख का समय, वह समय है जब पैर जमीन के संपर्क में होता है। ऐसे प्रमाण हैं जो बताते हैं कि मनुष्यों में पैर के संपर्क का समय काफी कम हो जाता है क्योंकि गति बढ़ जाती है। यह दिखाया गया है कि सबसे तेज गति तब प्राप्त होती है जब पैर के संपर्क समय और ऊर्ध्वाधर जी. आर. एफ. के उत्पाद को न्यूनतम कर दिया जाता है जो झूलते हुए अंग को अगले चरण के लिए स्थिति में आने के लिए पर्याप्त समय प्रदान करता है। जी. आर. एफ. और पैर के संपर्क का समय दोनों मांसपेशियों के मोमेंट आर्म, पैर की आकृति विज्ञान, मांसपेशियों के फासिकल की लंबाई और मांसपेशियों के फाइबर के प्रकार जैसे चर द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। मांसपेशी क्षण भुजा एक मांसपेशी के क्षण भुजा को मांसपेशियों की क्रिया रेखा से जोड़ के घूर्णन केंद्र तक की लंबवत दूरी के रूप में परिभाषित किया गया है। एक सामान्य नियम के रूप में, एक मांसपेशी की पल की भुजा जितनी बड़ी होगी, उतनी ही अधिक टोक़ यह समान मात्रा में बल के साथ उत्पन्न कर सकती है। उसी समय, मांसपेशियाँ समान मात्रा में लंबाई परिवर्तन के लिए संयुक्त कोण में एक छोटे से परिवर्तन का कारण बनेंगी। उदाहरण के लिए, हैंडल (बिंदु बी) के बहुत अंत में एक रेंच पकड़ने से बोल्ट को ढीला करना आसान हो जाता है, हालांकि, रेंच को बोल्ट (बिंदु ए) के करीब पकड़ने की तुलना में आपके हाथ को अधिक दूरी तय करने की आवश्यकता होती है। हालाँकि चीता और ग्रेहाउंड दोनों आकार में समान हैं, लेकिन चीता ग्रेहाउंड की तुलना में लगभग दोगुनी गति प्राप्त कर सकता है। इसे आंशिक रूप से इस निष्कर्ष से समझाया जा सकता है कि चीते में घुटने और टखने के जोड़ की मांसपेशियों की भुजाएं ग्रेहाउंड की तुलना में आनुपातिक रूप से बड़ी होती हैं। छिपकलियों की दो समान प्रजातियों के बीच एक समान तुलना की जा सकती है। यह पाया गया कि चढ़ाई के लिए अधिक अनुकूलित गेको में अधिक कूल्हे और कंधे की पीछे हटने वाली भुजाएँ होती हैं। क्षैतिज गति के लिए अनुकूलित गेको में घुटने और टखने के विस्तारक क्षण भुजाएँ अधिक होती हैं। फुट मॉर्फोलॉजी इस संदर्भ में फुट मॉर्फोलॉजी मुख्य रूप से फोरफुट (टखने के जोड़ के सामने) और हिन्डफुट (टखने के जोड़ के पीछे) के अनुपात को संदर्भित करती है। यह अनुपात प्रभावी यांत्रिक लाभ (ई. एम. ए.) का एक संकेत है और इसे एक संतुलित झूला द्वारा भी दर्शाया जा सकता है। एम. आर. आई. का उपयोग करके टखने-पैर की संरचना की तुलना करते हुए मनुष्यों पर किए गए एक अध्ययन से पता चला है कि गैर-धावकों की तुलना में धावकों का अग्रपादः पश्चपाद अनुपात लंबा होता है। यह पैर को लंबे समय तक जमीन के संपर्क में रहने की अनुमति देता है जबकि मोमेंट आर्म को कम करता है। यह मांसपेशियों के छोटे होने की दर को कम करता है और पुश ऑफ चरण के दौरान एक्सटेंसर मांसपेशियों द्वारा उत्पन्न बल को बढ़ाता है। पुश ऑफ चरण के दौरान ये बड़े गियर अनुपात तेजी से बढ़ने वाले मनुष्यों के साथ-साथ शीर्ष पशु धावकों में भी पाए गए हैं। चीता की बड़ी मोमेंट भुजाएँ तब प्राप्त की जा सकती हैं जब आगे का पैर भी आनुपातिक रूप से बड़ा हो। मांसपेशियों की संरचना और फाइबर का प्रकार दोनों ही संरचना और मांसपेशियों का प्रकार पैर के संपर्क के समय और जी. आर. एफ. के उत्पादन को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। मनुष्यों में, यह दिखाया गया है कि धावकों में गैर-धावकों की तुलना में लंबी मांसपेशियों की फ़ासिकल लंबाई और छोटे पेनेशन कोण होते हैं। यह मांसपेशियों के छोटे होने के वेग को बढ़ाने में योगदान देता है। अन्य अध्ययनों से पता चला है कि विशेष मांसपेशी फाइबर प्रकार धावकों बनाम गैर-धावकों के साथ-साथ धावकों के विभिन्न स्तरों के भीतर पसंद किए जाते हैं। तेज गति वाले व्यक्तियों में टाइप II (फास्ट-ट्विच) मांसपेशियों के तंतुओं का प्रतिशत अधिक होता है। तेज-खिंचाव वाली मांसपेशियों के तंतुओं के उच्च प्रतिशत से बल उत्पादन क्षमता में वृद्धि होती है, साथ ही संकुचन की गति में वृद्धि होती है जिससे संपर्क का समय कम होता है। अन्य कारक भी एक भूमिका निभाते हैंः मांसपेशियों की ताकत बड़ी मांसपेशियां अधिक मात्रा में बल उत्पन्न करने में सक्षम होती हैं और इसलिए बड़ी जी. आर. एफ. की लोचदार ऊर्जा भंडारण का उत्पादन करने में सक्षम होती हैं चीता पैर के संपर्क समय और स्विंग समय को बढ़ाकर गति में महत्वपूर्ण योगदान देने के लिए रीढ़ के लचीलेपन और विस्तार का उपयोग करते हैं।