Essere grandi è un leggero vantaggio in termini di velocità ma un notevole svantaggio meccanico in molti altri modi. I grandi animali non corrono più veloci degli animali più piccoli. La velocità di un animale è uguale alla lunghezza del suo passo moltiplicata per il numero di passi che compie in un minuto. Gli animali di grossa taglia hanno gambe lunghe e un passo proporzionalmente più lungo, ma hanno più difficoltà a far muovere le gambe più grandi avanti e indietro alla stessa velocità.
La loro maggiore ingombro annulla quasi perfettamente il vantaggio di gambe più lunghe come aumenta la taglia di un animale. La forza che un muscolo può sopportare su un arto per farlo accelerare è proporzionale all'area della sezione trasversale delle fibre muscolari: una corda spessa può tirare più forte di una sottile. Quindi gli animali grandi possono esercitare più forza sulle loro gambe rispetto a quelli piccoli. Ma quel vantaggio è più che compensato da uno svantaggio che si accumula molto più velocemente con l'aumentare delle dimensioni: gli arti diventano più pesanti. L'area della sezione trasversale aumenta solo con la lunghezza al quadrato, mentre la massa di un animale e delle sue parti mobili separate aumenta con il volume o la lunghezza al cubo. Pertanto, quando un animale diventa più grande, il peso delle sue gambe aumenta più velocemente della potenza muscolare disponibile per far muovere rapidamente quelle gambe. Sarebbe come cercare di far andare più veloce un'auto inserendo un motore più grande, solo per scoprire che il peso extra di quel motore più grande e l'intelaiatura rinforzata necessaria per sostenerlo rendevano l'auto più lenta.
Quindi, mentre la lunghezza del passo aumenta in proporzione alla lunghezza della zampa di un animale, la frequenza del passo diminuisce più o meno nello stesso rapporto, quindi la velocità rimane pressoché la stessa indipendentemente dalle dimensioni.
Questo calcolo vale solo per animali geometricamente simili, cioè i cui arti e muscoli sono tutti costruiti nelle stesse proporzioni. Ma i cavalli hanno sviluppato alcuni modi per aggirare il piano dello stampino e quindi battere le probabilità.
Le loro gambe sono sproporzionatamente lunghe per un animale della loro taglia e i loro muscoli sono disposti in modi unici per aumentare la frequenza del passo. Questi adattamenti consentono ai cavalli di raggiungere le velocità massime in modo più significativo rispetto a qualsiasi altro animale terrestre di pari taglia.
Tuttavia, la cosa più notevole della meccanica del cavallo non è tanto il modo in cui raggiunge le velocità che raggiunge, quanto piuttosto il modo in cui affronta i problemi che l'accompagnano di essere veloce e grosso.
È nel regno della resistenza che il cavallo eccelle davvero. Nonostante il suo peso considerevole, un cavallo può mantenere la velocità su enormi distanze. I cavalli hanno percorso 80 chilometri in poco più di quattro ore. Tali prestazioni richiedono un'efficienza straordinaria nella progettazione meccanica.
Allo stesso tempo, essere grandi, pesanti e veloci comporta enormi carichi strutturali sugli arti. Devono essere leggeri per raggiungere accelerazioni elevate ma abbastanza forti da sostenere l'impatto del galoppo su terreni irregolari.
Progettare qualcosa che sia allo stesso tempo leggero e resistente è un classico problema di ingegneria meccanica. Gli ingegneri non molto tempo fa hanno iniziato a rendersi conto che gli ingegneri potevano applicare gli stessi metodi sviluppati per analizzare come i materiali sopportano sotto carico negli edifici o negli aeroplani ad animali e piante per capire perché assumono le forme che assumono.
A volte, questi studi "biomeccanici" hanno persino indicato soluzioni ingegneristiche a difficili problemi di progettazione aerodinamica o robotica, soluzioni a cui la natura si era già imbattuto attraverso i lunghi tentativi ed errori dell'evoluzione. Anche la storia di come le gambe del cavallo si sono evolute per raggiungere un complesso equilibrio tra velocità, efficienza e forza è una storia di ingegneria.
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