Ланки тіла як важелі і маятники

Розбиття тіла людини на ланки дозволяє представити ці ланки як механічні важелі і маятники, тому що всі ці ланки мають точки з'єднання, які можна розглядати або як точки опори (для важеля), або як точки схилу (для маятника).

Важіль характеризується відстанню між точкою прикладання сили і точкою обертання. Важелі бувають першого і другого роду.

Важіль першого роду або важіль рівноваги складається тільки з однієї ланки. Приклад - кріплення черепа до хребта.

Важіль другого роду характеризується наявністю двох ланок. Умовно можна виділити важіль швидкості і важіль сили в залежності від того, що переважає в їх діях. Важіль швидкості дає виграш в швидкості при вдосконаленні роботи. Приклад - ліктьовий суглоб з вантажем на долоні. Важіль сили дає виграш в силі. Приклад - стопа на пальцях.

Оскільки тіло людини виконує свої рухи в тривимірному просторі, то його ланки характеризуються ступенями свободи, тобто можливістю здійснювати поступальні і обертальні рухи у всіх вимірах. Якщо ланка закріплено в одній точці, то воно здатне робити обертові рухи і ми можемо сказати, що воно має три ступені свободи.

Закріплення ланки призводить до утворення зв'язку, тобто пов'язаного руху закріпленого ланки з точкою закріплення.

Оскільки руки і ноги людини можуть здійснювати коливальні рухи, то до механіки їх руху застосовні ті ж формули, що і для простих механічних маятників. Основні висновок з них - власна частота коливань не залежить від маси коливається тіла, але залежить від його довжини (при збільшенні довжини частота коливань зменшується).

Роблячи частоту кроків при ходьбі або бігу або гребків при плаванні або веслування резонансної (тобто близької до власної частоти коливань руки або ноги), вдається мінімізувати витрати енергії. При найбільш економічному поєднанні частоти і довжини кроків або гребків людина демонструє істотне зростання працездатності. Простий приклад: при бігу високий спортсмен має велику довжину кроку і меншу частоту кроків, ніж більш низькорослий спортсмен, при рівній з ним швидкості пересування.

Механічні властивості кісток і суглобів

Механічні властивості кісток визначаються їх різноманітними функціями; крім рухової, вони виконують захисну і опорну функції. Так кістки черепа і грудної клітини захищають внутрішні органи, а кістки хребта і кінцівок виконують опорну функцію.

Виділяють 4 види механічного впливу на кістку: розтяг, стиск, вигин і кручення.

Встановлено, що міцність кістки на розтягнення майже дорівнює міцності чавуну. При стисненні міцність кісток ще вище. Найпотужніша кістка - большеберцовая (основна кістка стегна) витримує силу стиснення в 16-18 кН.

Менш міцні кістки на вигин і кручення. Однак регулярні тренування призводять до гіпертрофії кісток. Так, у штангістів потовщуються кістки ніг і хребта, у тенісистів - кістки передпліччя і т.п.

Механічні властивості суглобів залежать від їх будови. Суглобоваповерхню змочується синовіальною рідиною, яку зберігає суглобова сумка. Синовіальна рідина забезпечує зменшення тертя в суглобі приблизно в 20 разів. При цьому при зниженні навантаження на суглоб рідина поглинається губчастими утвореннями суглоба, а при збільшенні навантаження вона вичавлюється для змочування поверхні суглоба і зменшення коефіцієнта тертя.

Міцність суглобів, як і міцність кісток, не безмежні. Так, тиск в суглобовому хрящі не повинно перевищувати 350 Н / см 2. При більш високому тиску припиняється мастило суглобового хряща і збільшується небезпека його механічного стирання.