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 (/?), 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.

• Сила тяжести (/?), равная половине силы тяжести, действую­щей на все тело. Плечо этой силы обозначено буквой Ь — расстоя­ние от соединения стопы до точки контакта плюсны и пола (обычно 12 см);

• 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 = Rb. В данном случае а > Ь, 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.

Ось вращения (О) находится в локтевом суставе. На рычаг дей­ствуют две силы, приложенные по одну сторону от оси.

• Сила тяжести (/?), равная весу груза. Плечо этой силы обоз­начено буквой Ь.

• Сила тяги мышц (F), передаваемая с помощью бицепса. Плечо этой силы обозначено буквой а.

Условие равновесия рычага: F-a = Rb. В данном случае а < Ь, 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.