Элементы механики опорно-двигательного аппарата человека
Опорно-двигательный аппарат человека состоит из сочлененных между собой костей скелета. Кости скелета действуют как рычаги, которые имеют точку опоры в сочленениях или во внешней среде и приводятся в движение силой тяги, возникающей при сокращении мышц, прикрепленных к костям.
Рычаг первого рода, обеспечивающий перемещение или равновесие головы в сагиттальной плоскости.
На рис. 7.22 изображен череп и действующие на него силы.
Ось вращения (О) проходит через сочленение черепа с первым позвонком. На череп действуют две силы, приложенные по разные стороны от оси.
• Сила тяжести ( R ), приложенная к центру тяжести черепа. Плечо этой силы обозначено буквой Ь.
• Сила тяги мышц и связок ( F ), приложенная к затылочной кости. Плечо этой силы обозначено буквой а.
Рис. 7.22. Рычаг в сагиттальной плоскости черепа
Условие равновесия рычага F ·а = R·b .
Рычаг второго рода,дающий человеку возможность вставать на цыпочки.
На рис. 7.23 изображена стопа и действующие на нее силы.
Рис. 7.23. Стопа в положении на цыпочках
Ось вращения (О) проходит через головку плюсневых костей. На стопу действуют две силы, приложенные по одну сторону от оси.
• Сила тяжести (R), равная половине силы тяжести, действующей на все тело. Плечо этой силы обозначено буквой b — расстояние от соединения стопы до точки контакта плюсны и пола (обычно 12см);
• Сила тяги мышц ( F ), передаваемая с помощью ахилловых сухожилий и приложенная к выступу пяточной кости. Плечо этой силы обозначено буквой а — расстояние от точки опоры до точки действия ахилловых сухожилий (обычно 18 см).
|
|
|
Условие равновесия рычага: F·a = R·b . В данном случае а > b , следовательно, F < R . Поэтому рычаг дает выигрыш в силе, но проигрыш в перемещении.
По принципу рычага второго рода работает предплечье человека.
На рис. 7.24 изображены предплечье и кисть с грузом, а также действующие на них силы.
Рис. 7.24. Кости предплечья, участвующие в удержании предмета кистью
Ось вращения (О) находится в локтевом суставе. На рычаг действуют две силы, приложенные по одну сторону от оси.
• Сила тяжести (R), равная весу груза. Плечо этой силы обозначено буквой b .
• Сила тяги мышц ( F ), передаваемая с помощью бицепса. Плечо этой силы обозначено буквой а.
Условие равновесия рычага: р·а = R·b . В данном случае а < b , следовательно, F > R . Поэтому рычаг дает проигрыш в силе (примерно в 8 раз). Целесообразно ли такое устройство? На первый взгляд, как будто нет, поскольку имеется потеря в силе. Однако согласно «золотому правилу» механики потеря в силе вознаграждается выигрышем в перемещении: перемещение кисти в 8 раз больше
|
|
|
величины сокращения мышцы. Одновременно происходит и выигрыш в скорости движения: кисть движется в 8 раз быстрее, чем сокращается мышца.
Таким образом, способ прикрепления мускулов, который имеется в теле человека (животных), обеспечивает конечностям быстроту движений, более важную в борьбе за существование, нежели сила. Человек был бы крайне медлительным существом, если бы руки у него не были устроены по этому принципу.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 519; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!