Почему большинство костей животных имеют поперечное сечение в форме полых колец? Около 500 миллионов лет назад на Земле появились первые позвоночные, у которых внутри тела сформировался внутренний скелет, предназначенный для движения, поддержки и защиты тела. Вы замечали, что их кости полые? Большинство костей животных полые и легкие, потому что наибольшая нагрузка на них приходится во время изгиба и сжатия. При изгибе максимальное напряжение приходится на края, а центральная часть практически не подвергается нагрузке, поэтому ноги животных полые. При сжатии напряжение также распределяется по краям.
По тому же принципу тонкие стебли пшеницы могут выдерживать гораздо больший вес колоса, чем они сами. Эти опорные элементы в растениях называются механическими тканями. Некоторые сорта пшеницы и риса склонны падать, что говорит о недостаточно развитых механических тканях в их стеблях. Это можно исправить с помощью контроля влажности и удобрений. Многие стебли растений тоже полые, например бамбук, тростник, сельдерей и многие сорняки.
Природа вдохновила людей на создание круглых труб. Стальные трубы могут выдерживать почти такую же нагрузку при изгибе и сжатии, как и стальные стержни из того же количества материала. Полые круглые трубы не только хорошо противостоят изгибу и сжатию, но и экономят материал, легки и могут транспортировать газ и жидкости. Стеклянные мосты спроектированы так, чтобы выдерживать максимальную нагрузку. Арочная конструкция передает нагрузку на опоры по обе стороны моста, а кривая арочного моста как раз и является кривой нагрузки на мост. Пещеры на жёлтом плато в Китае, а также сводчатые потолки большинства подземных туннелей построены по этому же принципу. Опоры арочных мостов и пещер тоже очень толстые, чтобы выдерживать передаваемую нагрузку.