3.Сохранение и восстановление положения тела человека

Человек может не только сохранять равновесие, но и восстанавли­вать его в случаях нарушения. Отличие равновесия биомеханических систем от равновесия твердых физических тел заключается не в наличии особых законов механики для живых систем, а в более сложном их использовании благодаря особенностям живых систем.

3.1. Пассивное и активное уравновешивание

Уравновешивание происходит в неживых системах только пас­сивно, а в живых организмах — главным образом активно. Урав­новешивающие силы могут действовать как собственно уравно­вешивающие, а также как и останавливающие отклонение и вос­станавливающие положение.

В идеальных условиях в покое при равновесии физического тела все приложенные силы постоянны по величине, они уравновешены и тело сохраняет полный покой в инерциальной системе координат. При покое тела в неинерциальной системе отсчета анализ равно­весия осложняется необходимостью учета фиктивных сил инерции. Но и в этом случае для неживых физических тел уравновешивание сил происходит чисто механически — пассивно.

В реальных условиях внешние силы нередко изменяются, и даже такой объект, как Останкинская телевизионная башня, сохраняя равновесие, при сильном ветре (переменная сила) не остается полностью неподвижным. Возмущающие силы вызы­вают деформации. И если действие возмущающих сил изменяется, то и противополож­ное действие уравновешивающих сил может измениться. Ветер деформирует Остан­кинскую башню; возникают силы упругой деформации, останавливающие отклоне­ния, а потом и восстанавливающие ее форму; башня при ветре раскачивается.

Пассивное уравновешивание сил происходит не только при полном покое, но и при возможных отклонениях (колебаниях).

Живые организмы, в том числе и человек, уравновешивают внешние силы не только пассивно, но и активно — силами мышечной тяги. На изменение возмущающих внешних сил они реагируют изменением на­пряжения мышц, направленным на сохранение и восстановление рав­новесия. Мышечные тяги не остаются неизменными, поэтому и уравновешивание ими возмущающих сил непостоянно. Мышечные тяги сами могут играть роль возмущающих сил, сами же выполняют функ­ции останавливающих и восстанавливающих сил.

Таким образом, в живых организмах уравнове­шивание сил происходит при активном уп­равлении силами биологического происхож­дения — мышечными тягами.

3.2. Равновесие колебательного типа

Для тела человека характерно равновесие колебательного типа (имеют место макро- и микроколебания) с отклонениями от сред­него равновесного положения и возвращением к нему.

Тело человека при сохранении положения постоянно испытывает отклонения. Каждое дыхательное движение перемещает части тела. Каждое сокращение сердечной мышцы вызывает волну артериальной крови, которая сотрясает тело (на этом основан механический способ регистрации работы сердца). Постоянное рассогласование тяги мышеч­ных групп вызывает медленные колебания (0,5—1 герц). Это относи­тельно медленные движения в суставах; их можно записать на непод­вижном листе бумаги при помощи карандаша, укрепленного острием вверх на голове (цефалография). Наконец, любые возмущающие силы могут вызвать отклонение с последующим восстановлением положения. Все это макроколебания, доступные зрительному наблюдению.

Кроме них существуют незаметные глазу микроколебания — «фи­зиологический тремор» — с частотой от 7 до 9 герц. Причина микро­колебаний — непостоянство мышечной тяги и реакция мышц на от­клонения.

Раньше удерживание неподвижного положения тела силою мышц рассматривали как покой. С точки зрения механики, мышцы не совершали никакой работы (путь точек приложения сил мышц равен нулю). Физиологи, говоря о «статической работе» мышц, условно измеряли ее величиной силы, помноженной на время ее действия. Когда обнаружили колебательный режим сохранения положения неподвижного тела, стали полагать, что если имеется и сила тяги мышц и немалый путь точек их приложе­ния при колебаниях, то совершается внешняя механическая работа по перемещению колеблющегося тела.