1.Механические свойства мышц.
Основное назначение мышцы- преобразование химической энергии в механическую работу, которая необходима для перемещения звеньев тела.
Главными биомеханическими показателями, характеризующими деятельность мышц,
являются: а) сила , регистрируемая на ее конце ( сила тяги) и б) скорость изменения ее длины (скорость сокращения, укорочения ).
Физиологически мышца может находиться в пассивном и активном состояниях.
Пассивную мышцу по своим физико- механическим свойствам можно рассматривать как физическое тело, которое одновременно обладает свойствами упругости и вязкости .
Мышца не является ни чисто упругим, ни чисто вязким элементом. Мышца вязко –упру-
гий элемент, вязко- уругая среда, для которой справедливы законы классической механики. Фундаментальными понятиями механики сплошных сред являются: упругость,
вязкость, деформация, напряжение ,жесткость, прочность, релаксация , гистерезис и др. .
Рассмотрим некоторые из них.
Упругость-свойство тел менять свои размеры и форму под действием внешних сил и
Самопроизвольно их восстанавливать при прекращении внешних воздействий. Упругость тел обусловлена силами взаимодействия атомов и молекул.
Вязкость-внутреннее трение среды.
Деформация-относительное изменение длины.
где - начальная длина мышцы ; - величина удлинения. .
4. Напряжение механическое ( ) -мера внутренних сил, возникающих при деформации материала. Для однородного стержня:
где - площадь поперечного сечения образца; - сила , приложенная к стержню.
Упругая деформация возникает и исчезает одновременно с нагрузкой и не сопровождается рассеянием энергии.
Для упругой деформации справедлив закон Гука :
где Е - модуль Юнга , определяемый природой вещества. При растяжении различных материалов , в общем случае, Е= При малых значениях деформации ( ), считают Е=const.
Значения Е для различных материалов приведены в таблице 1.
Таблица 1
Материал |
Модуль Юнга ,Па |
Коллаген |
10 |
Кость |
10 |
Дуб |
10 |
Сталь |
2 10 |
Эластин |
6 10 |
Резина |
10 |
.
Эластин- упругий белок; находится преимущественно в стенках артерий. Коллаге- волокнистый белок; в мышцах примерно 20% всех белков приходится на коллаген.
В случае вязкой среды напряжение ( ) определяется скоростью деформации
где - коэффициент вязкости среды.
Для вязко- упругой деформации характерна явная зависимость от скорости деформации. При снятии нагрузки деформация с течением времени самопроизвольно стремится к нулю.
Величина механического напряжения в мышце , подвергающейся деформации, зависит как от величины деформации ( ), так и скорости растяжения т.е. является суммой величин::
Следовательно, значительные напряжения в мышце, близкие к пределу ее прочности, могут возникать только по причине высокой скорости растяжения.при умеренных величинах деформации.
5.Прочность-оценивается величиной растягивающей силы , при которой мышца разрывается. Предельное значение растягивающей силы определяют по кривой Хилла. Предел прочности для мышцы составляет 0,1- 0.3 н.\ мм. Предел прочности фасций- около 14 н.\мм; сухожилия- 50 н.\мм.
6. Жесткость- это способность мышцы противодействовать прикладываемым силам. Определяется как отношение приращения восстанавливающей силы к приращению длины мышцы под действием внешней силы.
К=
7.Релаксация- свойство мышцы, проявляющееся в постепенном уменьшении силы тяги при постоянной длине мышцы.
8.Гистерезис-это следствие вязко- упругих свойств мышцы. Проявляется это в том, что сила, возникающая при определенной длине мышцы во время ее удлинения (растяжения),больше силы ,образуемой при такой же длине мышцы на фазе ее сокращения.
Рис 1 Кривая Хилла. Рис 2 Гистерезис взаимосвязи
«сила- длина»