Сочленения и рычаги в опорно-двигательном аппарате человека.

Опорно-двигательный аппарат человека состоит из сочлененных между собой костей скелета, к которым в определенных точках прикрепляются мышцы. Кости скелета действуют как рычаги, которые имеют точку опоры в сочленениях и приводятся в движение силой тяги, возникающей при сокращении мышц.

Рычагом называется твердое тело, которое может вращаться около неподвижной оси. Различают три вида рычагов:

1. Когда точка опоры лежит между точками приложения действующей силы F и силы сопротивления R.

О

а

F

b

R

Условие равновесия рычага Fа = Rb.

Пример: череп, рассматриваемый в сагиттальной плоскости. (Сагиттальный - расположенный в переднезаднем направлении. Сагиттальные плоскости (мнимые) проходят вертикально спереди назад вдоль тела; только срединная сагиттальная плоскость делит его на две симметричные половины). Ось вращения О проходит через сочленение черепа с первым позвонком.R - сила тяжести головы, приложенная в центре тяжести. F- сила тяги мышц и связок, прикрепленных к затылочной кости.

2. Когда точка опоры лежит за точкой приложения силы сопротивления R, а силаFприложена на конце рычага.

F

a

O

b

R

Условие равновесия рычага Fa = Rb, ноа > b, следовательно,F > R, то есть рычаг дает выигрыш в силе, но проигрыш в перемеще-

нии и называется рычагом силы.

Пример: действие свода стопы при подъёме на полупальцы. ОпоройОслужат головки плюсневых костей.R- сила тяжести всего тела, приложена к торанной кости.F - мышечная сила, осуществляющая подъём тела, передается через ахиллово сухожилие и приложена к выступу пяточной кости.

3. Когда сила Fприложена ближе к точке опоры, чем силаR.

F

a

a

O

R

b

Условие равновесия рычага .F_a=Rb,ноа < b, следовательно,F > R, то есть рычаг дает проигрыш в силе, но выигрыш в перемещении и называется рычагом скорости.

Пример: кости предплечья. Точка опоры Онаходится в локтевом суставе.F- сила мышц, сгибающих предплечье,R- сила тяжести поддерживаемого груза, приложенная обычно к кисти, а также сила тяжести самого предплечья.

,

то есть мышечная сила F, необходимая для преодоления данной силыRсопротивления, должна быть тем больше, чем под мышечным углом к оси рычага она направлена. Поэтому, например, человек удерживает относительно большой груз при согнутом предплечье и значительно меньший - при разогнутом.

F sina

F

a

R

b

O

a

Кости опорно-двигательного аппарата соединяются между собой в сочленениях или суставах.

Основной механической характеристикой сустава является число степеней свободы. Различают суставы с 1, 2 и 3 степенями свободы.

Примеры: плечево-локтевой сустав - одна степень свободы;

лучезапястный сустав - две степени свободы;

тазобедренный сустав, лопаточно-плечевое сочленение - три степени свободы (сгибание и разгибание, приведение и отведение, вращение).