Большая Советская Энциклопедия (ДИ)
Шрифт:
Экспериментальная Д. с. с помощью опытов в натуре и на моделях изучает динамические нагрузки на сооружения (от стационарных и подвижных машин и механизмов, сейсмические, ветровые, пульсации давления жидкостей и газов в водоводах, котлах и т.п.) и динамические характеристики материалов и конструкций (динамические модули упругости, внутреннее трение и внешние сопротивления, пределы выносливости материалов и соединений конструкций — заклёпочных, сварных и др., пределы прочности и текучести при больших скоростях деформирования, вызываемых мощными ударами), проверяет надёжность расчётных схем сооружений и эффективность способов уменьшения колебаний.
Теоретическая Д. с., опираясь на результаты исследований экспериментальной Д. с., разрабатывает аналитические и численные методы определения амплитуд вынужденных колебаний (основная проблема Д. с.), а также частот и форм свободных (или собственных) колебаний сооружений. Методы решения основной проблемы зависят от вида динамической нагрузки и расчётной схемы сооружения. По своему виду динамические нагрузки разделяются на детерминированные,
Д. с. как наука зародилась в 20-х гг. 20 в.; её возникновение было обусловлено практическими нуждами строительства, значительным увеличением динамических нагрузок на сооружения (повышением мощностей и скоростей движения машин, скоростей подвижных нагрузок и т.д.). Однако развитие Д. с. в эти годы существенно отставало от её теоретической базы — теории колебаний и строительной механики и от фактической информации, доставляемой динамическими испытаниями сооружений и строительных материалов и изучением эксплуатационных и динамических нагрузок.
Применявшийся в этот период традиционный метод учёта влияния динамической нагрузки (введение в статический расчёт сооружения динамического коэффициента нагрузки) был несовершенным; он игнорировал динамические характеристики сооружений и нагрузок. В 30-х гг. Д. с. стала быстро развиваться, опираясь на экспериментальные данные и достаточно строгую теорию (Д. Д. Баркан, Н. И. Безухов, С. А. Бернштейн, В. В. Болотин, К. С. Завриев, Ю. А. Нилендер, А. Ф. Смирнов, И. М. Рабинович и др.). Успехи вычислительной техники в послевоенное время дали новый толчок развитию Д. с., позволив с помощью ЭВМ практически решать более сложные задачи (Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций — ЦНИИСК, Московский институт инженеров ж.-д. транспорта — МИИТ и др.).
В 50—60-х гг. в СССР впервые в мировой практике были опубликованы инструкции по динамическому расчёту сооружений (разработанные ЦНИИСК и НИИ оснований и подземных сооружений), отражавшие высокий уровень развития Д. с. в СССР. В эти же годы получили развитие новые важные направления в Д. с.: динамический расчёт конструкций с нелинейными упругими или диссипативными характеристиками (Я. Г. Пановко, Г. С. Писаренко, Е. С. Сорокин и др.), с учётом пластических деформаций (А. Р. Ржаницин и др.), конструкций, лежащих или стоящих на упругом инерционном основании (Н. М. Бородачёв, Б. Г. Коренев и др.), а также сооружений на случайные нагрузки с применением методов статистической динамики или теории случайных процессов (М. Ф. Барштейн, В. В. Болотин, И. И. Гольденблат, Н. А. Николаенко и др.).
Исследования по вопросам Д. с. публикуются в журнале «Строительная механика и расчёт сооружений» (М., с 1959), в сборнике «Исследования по теории сооружений», в трудах лаборатории динамики ЦНИИСК, кафедры теоретической механики МИИТ и др.
Лит.: Сорокин Е. С., Динамический расчет несущих конструкций зданий, М., 1956; Смирнов А. Ф., Устойчивость и колебания сооружений, М., 1958; Болотин В. В., Статистические методы в строительной механике, 2 изд., М., 1965; Новацкий В., Динамика сооружений, пер. с польск., М., 1963.
Е. С. Сорокин.
Динамика численности животных
Дина'мика чи'сленности живо'тных, закономерное изменение числа особей в популяции данного вида на протяжении года (сезонная) или ряда лет (многолетняя); определяется изменениями рождаемости (плодовитости) и смертности особей, а также их перемещениями (эмиграцией или иммиграцией). Д. ч. ж. — видовое приспособление к ритмам изменений местных условий существования. Численность особей медленно размножающихся видов (крупные хищники, копытные и др.), имеющих большую продолжительность жизни, в течение сезона увеличивается незначительно. В отличие от этого, численность животных, приносящих несколько помётов в год и быстро созревающих, может в течение одного года или сезона повыситься во много раз. Так, численность многих видов грызунов в благоприятных условиях возрастает от весны к осени в десятки и сотни раз, а многих видов насекомых, например двукрылых, — даже в тысячи раз. Чем выше плодовитость вида и его способность повышать интенсивность размножения в благоприятных условиях, тем шире возможный диапазон колебаний численности за год. Связь между сезонной и многолетней Д. ч. ж. обусловливается соотношением средней продолжительности жизни и плодовитости, зависящих от морфо-физиологических приспособлений вида к среде обитания и степени присущей ему заботы о потомстве. Советский биолог С. А. Северцов (1941) различал ряд типов Д. ч. ж.: от долговечных, малоплодовитых животных с устойчивой численностью (копытные) до «эфемеров» с крайне неустойчивой численностью, малой продолжительностью жизни и высокой плодовитостью (мелкие грызуны, многие насекомые и др. беспозвоночные). При высокой смертности животных в природных условиях прекращение размножения или снижение его интенсивности приводит к существенному снижению численности популяции, которая восстанавливается при новом подъёме интенсивности размножения и выживания. В благоприятных условиях среды новый период размножения начинается на фоне повышенного уровня численности популяции, что создаёт предпосылки для вспышки численности вида (см. Волны жизни). На размножение и выживание животных оказывают влияние как действующие, так и предшествующие условия существования. Для некоторых видов позвоночных животных (лемминг, некоторые хищные млекопитающие) отмечена известная многолетняя периодичность Д. ч. ж. (максимумы численности повторяются через 3—4 года); есть указания на существование у некоторых видов млекопитающих и насекомых 11-летнего цикла Д. ч. ж., отражающего цикличность солнечной активности (рис.). Периодичность (ритмичность) Д. ч. ж. отчётлива в сравнительно простых биоценозах (тундре, степи, пустыне) и слабее выражена или практически не наблюдается в сложных биоценозах, особенно во влажных тропических лесах.
В основе Д. ч. ж. как процесса приспособления популяции к местным условиям существования лежат регулирующие механизмы (факторы) трёх типов: индивидуальное приспособление (адаптация), биоценотическая регуляция и популяционная регуляция. Индивидуальные адаптации выражаются в приспособлении обмена веществ к физико-химическим условиям среды (температуре, влажности, газовому составу, солёности и т.п.). Отклонение их от нормы приводит к напряжению (стрессу), с помощью которого организм преодолевает вредное влияние фактора (но лишь до известного предела, после которого наступает гибель животного). Биоценотическая регуляция в основном выражается в отношениях между организмами, служащими пищей, и животными-потребителями (растения и растительноядные животные, хищники и их жертвы, паразиты и хозяева). При популяционно-биоценотической регуляции численность популяции зависит от кормовой базы и плотности популяции или от размеров обитаемого пространства. После падения численности животных возможности развития массовых заболеваний и влияние хищников становятся меньшими, обеспеченность пищей улучшается, и количество животных увеличивается. Вызванное высокой численностью животных ухудшение кормовых и др. условий сказывается отрицательно на их дальнейшем размножении, жизнеспособность отдельных животных снижается. Возникает ситуация, благоприятствующая развитию заболеваний и усилению влияния хищников. Наступает падение численности, обычно до уровня, при котором затраты энергии в процессе кормодобывания не компенсируются потреблённым кормом. Снижение численности животного-потребителя создаёт предпосылки для восстановления численности животных, служащих для него кормом. В основе популяционной регуляции лежат нейро-гуморальные механизмы, тормозящие или ускоряющие (в зависимости от плотности популяции) интенсивность размножения (скорость полового созревания, плодовитость самок, активность самцов и т.п.), подвижность животных и их смертность. Среди факторов, зависящих от плотности, особое значение имеет скорость полового созревания. Популяционные механизмы Д. ч. ж. играют важную роль в жизни как позвоночных, так и беспозвоночных животных. В их основе лежит внутрипопуляционная организация (структура), выражающаяся в существовании группировок особей (семей, стад, стай, колоний, парцелл или делсов), обеспечивающих относительную упорядоченность использования ими территории и достижение некоторой оптимальной плотности размещения особей. Такая организация поддерживается с помощью химических, оптических, акустических, электрических и механических средств сигнализации и связи, используемых не только высшими, но и низшими животными.
В Д. ч. ж. разных видов и экологических групп ведущую роль могут играть различные факторы. Так, Д. ч. ж. хищников в значительной степени определяется состоянием кормовой базы. От урожая семян зависит численность белок и многих мышей. Численность травоядных и древоядных видов (копытных) в большей степени определяется действием хищников и паразитов, конкретное значение которых находится в непосредственной зависимости от численности жертв.
Д. ч. ж. в разные годы и в разных частях ареала одного вида отличается как характером (амплитудой) колебаний, так и механизмами. Как правило, значение биоценотических и особенно популяционных факторов на периферии ареала снижается, и ведущее значение приобретают факторы внешней среды, особенно климатические, действующие как непосредственно, так и через кормовую базу. Наоборот, при приближении к оптимуму ареала растущее значение приобретают факторы, зависящие от плотности популяции (биоценотическая и популяционная регуляция). Между зависящими от плотности и «независимыми» факторами существует многосторонняя связь, и их разделение условно. На разных этапах кривой Д. ч. ж. ведущее значение приобретают разные факторы. Например, роль хищников, а также многих заболеваний возрастает в период спада численности животных. Резкое изменение климатических факторов вызывает, как правило, непериодические изменения численности, которые накладываются на основную кривую Д. ч. ж. Массовое вымирание может быть вызвано весенними паводками, возвратами холодов, высоким снеговым покровом, сильными засухами и т.п.
Изучение закономерностей Д. ч. ж. необходимо для создания научных основ рационального использования полезных животных и борьбы с вредными. При этом используются математические методы, в частности моделирование. Воздействуя на животных или на среду, в которой они обитают, человек меняет Д. ч. ж. Добывая рыб, птиц, зверей и др. полезных животных или истребляя вредителей, он искусственно разреживает их поселения (популяции), уменьшая т. о. конкуренцию за пищу, убежища и места обитания. Этим увеличиваются шансы выживания у сохранившихся особей, резко уменьшается гибель животных от так называемых естественных факторов смертности и растёт их плодовитость. Однако чрезмерное истребление животных, как и уничтожение запасов корма, мест гнездовий, укрытий и т.п., приводит к исчезновению животных сначала в наименее пригодных для обитания местах. Это разобщает популяции и ведёт к их постепенному вымиранию.