Опорно-двигательный аппарат человека как система рычагов В пр | Биомеханика спорта - А.В. Самсонова

Опорно-двигательный аппарат человека как система рычагов

В прошлый раз мы разбирались с тем, как найти центр тяжести звена в теле человека, и как учесть момент силы, который звено развивает относительно сустава.

Мы даже сделали расчеты суммарного внешнего момента силы тяжести при удержании гантели в руке, когда угол в локтевом суставе составляет 90 градусов.

Тогда мы убедились, что угол в локтевом суставе не будет меняться, если момент силы тяги мышц будет равен суммарному моменту силы тяжести.

Если момент силы тяги мышц будет больше, чем суммарный момент силы тяжести, угол в локтевом суставе будет уменьшаться (предплечье будет сгибаться).

Но как от момента силы тяги мышц перейти собственно к силе (тяги) мышц?
Для этого необходимо рассматривать опорно-двигательный аппарат человека как систему рычагов. Рачагом может выступать звено ОДА (например, предплечье или голень), а центром вращения - сустав, который соединяет это звено с другими звеньями ОДА.

Самый частый пример для иллюстрации этой системы рычагов - предплечье, удерживающее груз (именно на этом примере мы в прошлый раз считали суммарный момент силы тяжести). Как вы помните, на рычаг должны действовать, по крайней мере, две силы. В нашем примере на рычаг (предплечье) действуют силы тяжести груза и звеньев (гантели, предплечья, кисти) и сила тяги бицепса (и некоторых других мышц). Центр вращения - в локтевом суставе. Моменты, создаваемые этими силами, направлены в противоположные стороны - один по часовой, другой против часовой стрелки.

Силу тяжести мы уже обсуждали ранее, она направлена вертикально вниз и зависит от массы отягощения или звена.
Сила тяги мышцы направлена вдоль линии, соединяющей точки её прикрепления.
У меня в статье есть рисунки, на которых отмечены направления этих сил:
https://allasamsonova.ru/zvenja-tela-cheloveka-kak-rychagi/

В нашем примере предплечье - это рычаг второго рода (все силы находятся с одной стороны от центра вращения). Плечи этих сил различаются по величине.
Про вычисление плеча силы тяжести груза и звеньев я рассказывала в предыдущих записях.

Чтобы вычислить плечо силы тяги мышцы (в нашем примере - бицепса), нужно из центра вращения в суставе провести перпендикуляр к линии, соединяющей точки прикрепления мышцы.

Если ОДА находится в статике, и момент силы тяги мышц уравновешивает момент силы тяжести груза и звеньев, то сила тяги мышц вычисляется так:
Сила тяги мышц = Момент силы тяги мышц / Плечо силы тяги мышц

Естественно, есть особенности. Например, точно вычислить силу тяги отдельной мышцы таким образом невозможно, так как участвует группа мышц. Но получить приблизительные значения таким способом вполне реально.

Пример расчета силы тяги бицепса есть в статье, приведенной выше.

Здесь я хочу остановиться на возможностях, которые предоставляет модель ОДА как системы рычагов.

1. Становится намного проще анализировать, какие из мышц задействованы в упражнении: достаточно знать, в какую сторону направлен момент внешней нагрузки, чтобы понять, куда будут тянуть мышцы, чтобы ему противодействовать. Если внешняя нагрузка вращает звено по часовой стрелке, то мышцы будут создавать момент против часовой стрелки, и наоборот. Кстати, внешняя нагрузка - это не всегда сила тяжести груза, она может создаваться многими другими способами, например - резиновыми жгутами. Однако, конечно, более точное представление о том, какие мышцы работают в данном упражнении дает научная методика – электромиография. Посредством этой методики регистрируются биопотенциалы всех доступных для регистрации работающих мышц.

2. Ярко проявляются некоторые особенности строения ОДА человека: почти все рычаги в теле человека приводят к проигрышу в силе, но выигрышу в скорости: мышцам приходится развивать намного большую силу, чем внешним нагрузкам, однако имеется возможность очень быстро менять угол в суставах, что дает возможность совершать быстрые движения, а также движения с большой амплитудой. Хотя есть и рычаги силы: например, пяточный бугор дает трехглавой мышце голени выигрыш в силе при подъеме на носок.