Настольная книга остеопата. Основы биомеханики движения тела

В примерах, приведенных как для рис. 2.38, так и для рис. 2.39, двуглавая мышца плеча, сгибатель локтя, развивает силу в 54 кг. Однако в одном случае локоть сгибается (см. рис. 2.38), а в другом — разгибается (см. рис. 2.39). В последнем примере сила мышцы, постоянно направленная на сгибание, оказывается слабее суммарной силы тяжести и веса. По сути, сгибатель локтя действует как тормоз, или устройство контроля для двух внешних сил. Поскольку мышца тянет локоть в одном направлении, а рычаг движется в противоположную сторону, мышца должна удлиняться (два ее прикрепления расходятся в стороны). Когда удлиняется активная мышца, она производит эксцентрическое сокращение. Эксцентрическое сокращение может наблюдаться только тогда, когда мышца оказывает усилие сопротивления, т. е. эксцентрическое сокращение противодействует силе, вызывающей движение. Когда активная мышца укорачивается (это бывает всякий раз, когда мышца осуществляет усилие), сокращение является концентрическим. Когда бицепс производил усилие и вызывал сгибание локтя, сегмент «предплечье/кисть» оказывался рычагом третьего рода. Когда мышца создавала сопротивление, этот же сегмент становился рычагом второго рода. Поскольку большинство мышц в теле действует на рычаги третьего рода (концентрическое сокращение мышцы при свободном дистальном плече рычага), то наиболее часто рычаги второго рода встречаются в организме, когда тем же мышцам приходится сокращаться эксцентрически, играя роль тормозов (управляемого сопротивления) для противодействия внешним силам:

• когда активная мышца укорачивается, (сокращение является концентрическим), она должна перемещать рассматриваемый сегмент в направлении собственной тяги, соответственно, тогда она является мышцей усилия;

• когда активная мышца удлиняется, она сокращается эксцентрически и осуществляет тягу в направлении, противоположном движению сегмента, т. е. оказывает сопротивление и служит средством контроля силы, вызывающей движение (или его замедление);

• когда рычаг находится во вращательном равновесии, мышцы, действующие на рассматриваемый сегмент, не укорачиваются и не удлиняются. Такие мышцы могут выполнять изометрическое сокращение (iso = равный отрезок; metric = длина). В таком случае мышцу усилия и сопротивления выбирать можно произвольно.

2.8.3. Механическое преимущество и его компромиссы

Механическое преимущество. Механическое преимущество (МПР) есть мера эффективности рычага (относительная эффективность силы действия (усилия) по сравнению с силой противодействия (сопротивления)). МПР связано с классификацией рычага и может использоваться для развития союзами релевантности концепции родов рычага. МПР — это отношение плеча усилия к плечу сопротивления, или:

МПР = ПУ и ПС.

Когда плечо усилия (ПУ) больше, чем плечо сопротивления (ПС), МПР > 1, то величина силы действия может быть даже меньше, чем силы противодействия, тем не менее она «победит» (вызовет движение в направлении тяги). Вспомним, что вращающий момент силы действия всегда по определению больше, чем вращающий момент силы противодействия, или:

(УП)(ПУ) > (R)(ПС)

Когда ПУ больше, чем ПС (как в случае, если МПР > 1), то УП может быть меньше, чем R и все же создаст больший момент. Чем больше отношение ПУ/ПУ, тем меньшей может быть УП по сравнению с R, и все же она будет «выигрывать». Преимущество рычага с МПР большим, чем 1, попросту говорит о том, что сила действия может преодолеть сопротивление, расходуя на это гораздо меньше усилий, чем тратится на сопротивление.

В примере, показанном на рис. 2.39, УПУ была представлена вектором СТСШ, действующим на расстоянии 11,7 см от оси. R представляла собой силу бицепса, действующую на расстоянии 2,5 см от оси. Таким образом:

МПР = 29,6 см ÷ 2,5 см ~= 12 см.

Сегмент «предплечье/кисть», рычаг второго рода, был эффективен, потому что ему требовалось только 6,8 кг силы СТСШ для преодоления 54 кг силы, развиваемой двуглавой мышцей плеча. Рычаг второго рода (ПУ и ПС) эффективен всегда, иначе говоря, его МПР всегда больше 1, хотя величина МПР может изменяться в зависимости от рычага и сил, на него действующих. Здесь следует отметить, что МПР определяется длинами плеч рычага, но не величиной усилия и сопротивления. Хотя в рычаге второго рода сила действия может быть меньше силы противодействия, она не обязательно должна быть таковой. Так, если бы СТСШ на рис. 2.39 имела бы величину в 68 кг, а ОСм оставалась бы равной 54 кг, СТСШ все равно создавала бы больший момент (еще как больший!) и по-прежнему оставалась бы силой действия. Механическое же преимущество рычага было бы по-прежнему равно 11,7.