Как называется процесс согласования напряжения мышц силы тяги которых приложены к звеньям тела
Обновлено: 11.05.2024
Одна из наиболее важных основ, которую ученики должны изучить перед тем, как приступить к проектированию ходовой части, это трение.
ТРЕНИЕ - это сила, сопротивляющаяся движению, когда две поверхности притираются друг к другу. Это исключительно противодействующая сила, возникающая, когда две поверхности находятся в контакте друг с другом и под действием силы, заставляющей их скользить друг относительно друга. Если на объект не воздействует сила, провоцирующая его к попытке движения, трение также отсутствует. Отсутствие воздействующей силы означает отсутствие противодействующей силы.
Существуют два типа трения: статическое трение и кинетическое трение.
Статическое трение представляет собой силу трения, действующую между двумя объектами, которые НЕ перемещаются друг относительно друга. Для того, чтобы сдвинуть что-либо, требуется предварительное усилие. Если значение силы, пытающейся сдвинуть объект, меньшее значения силы статического трения, объект не сможет сдвинуться с места.
Кинетическое трение - это сила трения, действующая между двумя поверхностями, перемещающимися (скользящими) друг относительно друга.
Как только объект преодолел статическое трение и начал движение, он попадает под воздействие кинетического трения, сопротивляющегося движению.
На графике выше показана обратная взаимосвязь между приложенной силой и трением. С увеличением приложенной силы, противодействующая сила трения также увеличивается. Вплоть до момента, когда объект сдвинется с места, на него действует статическое трение. Как только значение приложенной силы превысит максимальное статическое трение, масса начнет двигаться. Сразу после начала движения объект окажется под действием кинетического трения. Статическое трение больше кинетического трения, поэтому если масса уже сдвинулась, для дальнейшего скольжения ей потребуется меньше силы.
Оба типа трения можно имитировать, уперев ладонь одной руки в ладонь другой руки и попробовав подвигать ими скользящим движением. Этому движению будет противодействовать текстура кожи и величина приложенной силы. Чем плотнее ладони прижаты друг к другу, тем сложнее ими двигать. Это статическое трение.
По мере увеличения скользящей силы, руки начинают скользить и двигаться друг относительно друга. Это кинетическое трение. Можно заметить, что как только руки преодолели статическое трение, двигать ими стало проще.
Максимальная сила трения (Ff) между двумя поверхностями равна коэффициенту трения (Cf) этих поверхностей, умноженному на нормальную силу (N), удерживающую поверхности вместе.
Максимальная сила трения = (Коэффициент трения) х (Нормальная сила)
КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ:
Коэффициент трения скользких объектов чрезмерно мал, тогда как коэффициент трения липких объектов - очень велик. Эта постоянная величина определяется для пары поверхностей (не для единственной поверхности). Каждая пара материалов обладает коэффициентами статического и кинетического трения.
При этом нельзя путать чистое трение с действительно липкими поверхностями, такими как, например, изолента или покрытия с большим коэффициентом трения, связывающиеся с другими поверхностями. Подобные поверхности, соединяясь, должны выглядеть как одна. Например, изолента сопротивляется скольжению даже в том случае, когда нормальная сила отсутствует или имеет отрицательное значение.
НОРМАЛЬНАЯ СИЛА:
Сила, прижимающая две скользящие поверхности друг к другу, называется нормальной силой. Действие нормальной силы всегда направлено перпендикулярно двум поверхностям (в противном случае эта сила может действовать как нормальная сила лишь частично). Зачастую нормальная сила, воздействующая на две поверхности, является массой одного объекта, располагающегося сверху на другом объекте. В этом случае действие нормальной силы спровоцировано гравитацией.
Как показано на схеме выше, если объект лежит на наклонной поверхности, гравитация действует на две скользящие поверхности не под прямым углом. В этом случае, только часть массы объекта действует как нормальная сила.
ТЯГА:
ТЯГА может быть определена как трение между ведущим колесом и поверхностью, по которой оно катится. Это количество силы, которое колесо прикладывает к поверхности перед тем, как соскользнуть. Колесо обладает разной тягой на различных поверхностях. Как описывалось выше, значение коэффициента трения определяется для любых двух поверхностей.
Из Блока 7 и схемы, представленной выше, видно, что колесо прикладывает силу к поверхности под действием крутящего момента. Тем не менее, если бы колесо катилось по льду, оно просто проскальзывало бы, не двигаясь с места. Трение, возникающее между колесом и поверхностью земли, необходимо для создания линейного движения. Это тяговое усилие, или сила тяги.
Необходимо обратить внимание на то, что сила тяги равна силе трения между колесом и поверхностью. Если колесо катится по поверхности, а не скользит, сила тяги равна статическому трению. Если приложенная сила превышает максимальное статическое трение, колесо начинает скользить, и теперь сила тяги равна максимальному кинетическому трению.
Увеличение тяги:
Так как тяга зависит от трения между поверхностью и колесом, чтобы увеличить ее значение, необходимо увеличить трение. Как говорилось выше, трение между объектами зависит от коэффициента трения между ними (в данном случае, между колесом и поверхностью, по которой оно катится) и нормальной силы (массы робота, прижимающей колеса к поверхности). Чтобы увеличить тягу, увеличить либо коэффициент трения (сцепление колес), либо нормальную силу, действующую на колеса (массу робота).
Сборка толкающего робота:
Чтобы собрать робота, способного толкать или тянуть с большой силой, необходимо включить в конструкцию два элемента: колеса повышенной проходимости и значительный крутящий момент для приведения их в движение. Трение - это противодействующая сила. Если нет приложенной силы, сила трения также отсутствует. Чтобы увеличить тягу, к колесам необходимо приложить крутящий момент, достаточный для достижения максимального статического трения колес.
Автомобиль может обладать огромной тягой, но при малых размерах двигателя он не сможет толкать или тянуть что либо. Поэтому маленькие автомобили не могут тянуть за собой трейлеры или катера на прицепах.
Трение в системе VEX:
В системе проектирования VEX Robotics Design System используется множество элементов, которые могут применяться для получения трения, включая различные типы колес. Каждый из них обладает характеристиками, необходимыми для использования на различных поверхностях. Для проектировщика очень важно экспериментальным путем определить тип колес, требуемый для каждой отдельной задачи.
Эффективность эргогенных средств в спорте во многом определяется биомеханическими свойствами основных костных образований, которые следует учитывать при разработке специальных технологий. Так, костно-суставные элементы двигательного аппарата могут выдерживать значительные механические нагрузки на растяжение и сжатие, имеют значительную упругость.
Как известно, двигательный аппарат представляет собой систему костных рычагов, приводимых в движение мышцами. Различают рычаги трех родов.
Рычаг первого рода (рычаг равновесия) характеризуется тем, что точка опоры лежит между точкой приложения силы и точкой сопротивления. С этой точки зрения можно объяснить равновесие в положении всех выше лежащих звеньев по отношению к ниже лежащим.
Рычаг второго рода (рычаг силы) — точка сопротивления находится между точкой опоры и точкой приложения силы. В рычагах второго рода мышечные силы действуют на длинное плечо, а силы сопротивления — на короткое.
Рычаг третьего рода (рычаг скорости) — точка приложения силы лежит между точкой опоры и точкой сопротивления. Эта разновидность рычага наиболее часто применяется для объяснения движений человеческого тела. Она характеризуется тем, что одна сила — мышечной тяги — приложена вблизи осей вращения и имеет значительно меньшее плечо, чем противодействующая ей сила тяжести или сила какого-либо сопротивления.
Костные рычаги функционируют в двигательном аппарате в системном единстве с работающими мышцами. При этом функциональные возможности мышечной системы эффективнее всего проявляются в тех механизмах опорно-двигательного аппарата, которые наиболее рациональны с точки зрения работы костных рычагов. Следует различать два понятия: напряжение мышцы и работа мышцы.
• Изотоническое напряжение наблюдается в том случае, когда один конец мышцы (обычно место начала) зафиксирован, а другой (обычно место прикрепления) расслаблен настолько, насколько это позволяет ему действующая на растяжение мышцы сила естественной гравитации. Такая мышца, благодаря некоторому тонусу, находится в постоянной готовности к сокращению.
• Изометрическое напряжение наблюдается, когда оба конца мышцы зафиксированы, ее длина не изменяется, а величина натяжения мышцы и твердость повышаются, амплитуда движений в суставе не изменяется. В тренировочном процессе для наращивания мышечной массы используют изометрические упражнения.
• Ауксотоническое напряжение — длина мышцы изменяется, величина силы натяжения не равна внешнему сопротивлению, так называемый смешанный режим.
Мышечное движение можно разделить на три типа сокращения: концентрическое, статическое и эксцентрическое.
Концентрическое сокращение. Основной тип активизации мышцы — сокращение — является концентрическим.
Статическое (изометрическое) сокращение — мышцы могут активироваться, не изменяя своей длины. Когда это происходит, мышца производит силу, однако ее длина и угол сустава не изменяются.
Эксцентрическое сокращение — это способность мышц производить силу в процессе удлинения.
Проявление силы мышцы определяется многими факторами, среди которых наиболее значимые: механическая нагрузка на мышцу, строение и расположение мышцы в момент движения. Внешняя нагрузка, воздействующая на мышцу, возникает благодаря действию гравитации, силы инерции реактивных сил взаимодействия звеньев и ряда других сил. Характер строения и расположения волокон мышцы обычно оценивается их количеством, приходящимся на площадь сечения мышцы, через все волокна перпендикулярно их продольным осям. Расположение мышцы по отношению к центру вращения сопряженного с ней сустава в каждый конкретный момент движения определяет угол ее тяги относительно плеча костного рычага и степень ее растяжения, от чего зависит величина силы тяги мышцы. Сила тяги мышцы также зависит от быстроты ее продольной деформации.
При физиологической работе, благодаря своему активному напряжению, мышца уравновешивает действие сил внешнего сопротивления. Напряжение мышцы поддерживается определенное время вследствие непрерывной ее нервной импульсации. Такая работа мышц необходима человеку, прежде всего, для поддержания вертикального положения тела. При сохранении различных других поз и положений тела человека вращающий момент силы его тяжести должен быть уравновешен с таким же по величине, но не обратным по знаку вращающим моментом силы тяги мышц. Специалисты различают три основных разновидности такой физиологической (статической) работы мышц: удерживающую, укрепляющую и фиксирующую. При удерживающей работе момент силы тяги мышцы в системе связанных с нею рычагов противодействует моменту силы тяжести определенной части тела. При укрепляющей работе мышцы вместе с другими соединениями (например, связками, сухожилиями) создают силы сопротивления внешним силам, воздействующим на разрыв той или иной биокинематической пары или цепи. При фиксирующей работе, благодаря напряжению мышц, фиксируются положения сопряженных с ними суставов в ответ на действие сил напряжения мышц-антагонистов.
Наиболее выгодные с точки зрения затрат энергии условия для физиологической работы наблюдаются при предварительно несколько растянутом состоянии работающих мышц. Система управления физиологической работой мышц базируется во многом на тонических и позных рефлексах, которые связаны с возбуждением проприорецепторов мышц и сухожилий.
Механическая (динамическая) работа мышц наблюдается только тог да, когда моменты активных мышечных сил и моменты внешних сил, действующих на ту или иную мышечно-суставную систему, не уравновешивают друг друга. Когда момент мышечной силы превосходит момент противодействующих сил, мышца сокращается. Такая разновидность механической работы называется преодолевающей работой. Благодаря преодолевающей работе мышца, как правило, перемещает сопряженные с ней системы звеньев тела, преодолевая силы гравитации или другие внешние по отношению к ней силы.
Когда мышца растягивается (удлиняется) под действием сил сопротивления (ее момент меньше момента противодействующих сил), а механическую работу производят внешние силы, деформируя мышцу и преодолевая напряжение на пути, равном ее удлинению, тогда такая разновидность механической работы называется уступающей работой. Если же внешние силы растягивают сокращающуюся мышцу, а им противостоят не только ее пассивные упруговязкие компоненты, но и активная сила ее сокращения, то сама мышца производит работу, которая является ее активной уступающей работой.
Существует еще один вид работы, который не принято считать естественной работой мышц. Фактически, это искусственный способ работы, который применяется только в тренажерных устройствах — изокинетических тренажерах с целью преимущественно наращивания мышечной массы и силы. Основным элементом устройства изокинетических тренажеров являются так называемые кулачковые механизмы, позволяющие создавать в тренажерах полный объем вращательных движений при действии постоянных моментов суставных сил. В частности, одним из таких тренажерных систем является комплекс REV—9000.
Гравитационное поле оказывает существенное влияние на все виды и разновидности работы мышц. При физической работе действие сил гравитации уравновешивается изотоническим или изометрическим напряжением мышц. При наличии равенства моментов силы мышц и силы тяжести тело человека или его отдельное звено приходит в равновесие в соответствии с законом равновесия рычагов.
Когда человек изменяет позу или положение своего тела в пространстве, изменяются и плечи момента силы тяги мышц. При физиологической работе величина силы тяжести частей тела и удерживаемого человеком груза, а также расположение центров масс звеньев определяют степень необходимого изометрического напряжения мышц и интенсивность возбуждения соответствующих двигательных центров.
При изменении положения или позы тела изменяются и условия работы мышц, и плечо действия силы тяжести. Наибольших значений оно достигает при горизонтальном положении продольной оси тела. Если же продольная ось тела располагается вертикально, параллельно вектору гравитации мышц, тяжесть тела может проходить через опорный сустав нижней конечности. В таких условиях плечо и момент силы тяжести тела равны нулю, а сила тяжести уравновешивается реакцией опоры. При изменении момента силы тяжести для сохранения равновесия тела должен измениться и момент силы тяги мышц.
При движениях человека в горизонтальной плоскости сила тяжести его тела действует под прямым углом к направлению движения. Для такого движения она будет нейтральной — ни движущей, ни тормозящей, поэтому не будет оказывать непосредственного силового влияния на работу мышц.
Мышечная работа находится также под постоянным влиянием инерции тех масс звеньев тела, движение которых стимулируется определенными конкретными группами мышц. Из-за инерции покоя тела человека мышцам якобы трудно начинать движения. В то же время, когда одно звено тела, обладающее определенной массой, набрало скорость движения, им тяжело управлять. Но с другой стороны, движение звеньев тела человека по инерции будто бы экономит энергетические резервы мышц. Практика спорта показывает, что чем выше качество движений человека, тем он более эффективно использует инерцию масс звеньев своего тела. Хорошие спортсмены, как правило, способны управлять массой своего тела таким образом, чтобы максимально экономить энергию активных мышечных сокращений.
Скелетные мышцы, обеспечивающие решение человеком той или иной двигательной задачи, не работают изолировано друг от друга. Напротив, каждое движение обычно реализуется своеобразным согласованным, единым ансамблем сокращений многих мышц. Например, практически при организации любого двигательного акта одни мышцы находятся в состоянии опорного напряжения (обеспечивают устойчивость позы и положения основной массы звеньев), другие — в состоянии рабочего напряжения (обеспечивают непосредственное исполнение действия или решение финальной части двигательной задачи).
Опорные напряжения мышц обычно обеспечиваются за счет их изометрического сокращения в условиях физиологической (статической) работы. Рабочее напряжение они реализуют, как правило, путем выполнения механической (динамической) работы за счет ауксотонического режима сокращения. Примеров такого характера и опорного, и рабочего напряжения мышц в движениях человека достаточно много. Они наблюдаются практически во всех естественных локомоциях человека — в ходьбе, прыжках, беге, манипуляционных и многих других движениях. Обычно в опорном напряжении находятся антигравитационные мышцы туловища, в рабочем — мышцы верхних и нижних конечностей.
Сокращаясь, мышцы взаимодействуют между собой таким образом, чтобы обеспечить координацию движений частей тела человека при решении двигательной задачи. При этом ими используются активные сократительные элементы, управляемые нейромоторными комплексами, их пассивные упруговязкие элементы, реагирующие на гравитацию и гравитационные взаимодействия, а также скелетные элементы и достаточно твердые компоненты морфологической конструкции. Благодаря этому мышцы способны, с одной стороны, в нужный момент времени сообщать требуемые ускорения конкретным массам звеньев тела, а с другой, в необходимый момент времени тормозить или ограничивать движения этих частей тела.
Биомеханические пары и цепи (незамкнутые, замкнутые, разветвленные). Биомеханическая система состоит из биомеханических пар и цепей – подвижно соединенных частей (сегментов) тела. Биокинематическая пара – это подвижное (кинематическое) соединение двух костных звеньев, в котором возможности движений определяются строением этого соединения и управляющим воздействием мышц. Биокинематическая цепь – это последовательное (разветвленное) незамкнутое, либо замкнутое соединение ряда кинематических пар.
В незамкнутых цепях есть конечное свободное звено, входящее в одну пару. В замкнутой цепи каждое звено входит в две пары. Поэтому в незамкнутой цепи возможны изолированные движения в каждом суставе. В замкнутой цепи в движение одновременно вовлекаются все соединения.
Степени свободы и связи в биокинематических цепях. Степень свободы – возможность выполнить движение в каком-либо направлении. Степень связи – невозможность выполнить движение в каком-либо направлении. Различают связи геометрические (постоянные препятствия, например, костные ограничения) и кинематические (ограничение скорости, например, мышцей-антагонистом).
Если у физического тела нет никаких ограничений, оно может двигаться в пространстве в трех измерениях и вращаться вокруг трех осей. Такое тело имеет 6 степеней свободы. Каждая связь уменьшает число степеней свободы. Фиксация одной точки свободного тела лишает его трех степеней свободы (линейных перемещений вдоль осей координат). Закрепление двух точек оставляет одну степень свободы – вращение вокруг продольной оси тела.
Звенья тела как рычаги и маятники. Основу биокинематической цепи составляют кости – твердые негибкие звенья. Костные рычаги ( звенья тела подвижно соединенные в суставах) под действием приложенных сил могут либо сохранять свое положение, либо изменять его. Костные рычаги служат для передачи работы и движения на расстояние. Силы, действующие на рычаг можно объединить в две группы. 1. Силы или их составляющие, лежащие в плоскости оси рычаг, не влияют на вращение вокруг этой оси. 2. Силы или их составляющие, лежащие в плоскости перпендикулярной оси рычага, могут рассматриваться как силы движущие и как силы сопротивления (тормозящие).
Рычаги в биокинематических цепях. Мерой действия силы на рычаг служит ее момент относительно точки опоры: M = Fd .
По характеру расположения оси вращения, точек приложения равнодействующей сил сопротивления ( P ), и движущих сил ( F ) различают костные рычаги трех видов:
А – рычаг первого рода (двуплечий). Б – рычаг второго рода (одноплечий), рычаг силы. В – рычаг третьего рода (одноплечий), рычаг скорости.
В теле человека практически все рычаги – это рычаги третьего рада. Исключение составляют голова, таз в положении основной стойки и стопа – рычаги первого рода.
Условия равновесия и ускорения костных рычагов. Если противоположные относительно оси сустава моменты сил равны, звено сохраняет свое положение, либо продолжает свое движение с прежней скоростью. Но если один из моментов сил больше другого, звено получает ускорение в направлении его действия. В реальных условиях равновесие встречается редко, поэтому движения выполняются с ускорением (замедлением).
Во всех движениях угол между направлением равнодействующей силы и осью звена (рычага) меняется. Плечо рычага при этом постоянно, а плечо силы меняется, меняется и сама сила. Большинство рычагов в теле человека – это рычаги скорости, работающие с проигрышем в силе. Этот проигрыш возникает по трем основным причинам: прикрепление мышцы вблизи сустава; тяга мышцы не под прямым, а под острым или тупым углом к оси рычага; напряжение мышц-антагонистов.
Биокинематические маятники. Звено, движущееся по инерции, имеет сходство с маятником. Угловое ускорение звена как маятника:
ε = M/J = Fd/mR 2 инерции .
Составные маятники ведут себя гораздо сложнее.
Биодинамика мышц. Механические свойства мышц. Биомеханические свойства мышц это их: сократимость, упругость, жесткость, прочность и релаксация. Основная функция мышц состоит в преобразовании химической энергии в механическую работу или силу. Главные биомеханические показатели, характеризующие деятельность мышцы это – сила, регистрируемая на ее концах (сила тяги) и скорость изменения длины. Механические свойства мышцы обусловлены свойствами ее элементов и их расположении в мышце.
Современная модель мышцы представляет ее как комбинацию упругих и сократительных компонентов. Упругие компоненты аналогичны пружинам. Энергия упругой деформации такой пружины Пд = С( D l ) 2 /2 равна механической работе, которая была затрачена на ее растягивание.
Различают параллельные упругие компоненты – соединительнотканные образования, составляющие оболочку мышцы и ее пучков. И последовательные упругие компоненты – сухожилия, места перехода миофибрилл в соединительную ткань.
Сократительные компоненты соответствуют тем участкам мышечного волокна (саркомера), где актиновые и миозиновые нити (миофиламенты) перекрывают друг друга. Именно эти участки обеспечивают изменение длины и натяжение мышцы при ее возбуждении.
Покоящаяся мышцы обладает упругими свойствами – стремится восстановить свою длину после прекращения растягивания (то есть принимает равновесную длину). При этом ее упругие силы равны нулю. В живом организме этого не наблюдается – длина мышцы всегда больше равновесной, мышцы находятся в тонусе.
При принудительном растягивании мышцы сила ее тяги изменяется неравномерно, достигая максимума при некоторой длине (длине покоя) и затем уменьшается, так как при чрезмерном удлинении уменьшается количество актин-миозиновых мостиков. Сила тяги мышцы падает не только при при значительном увеличении ее длины, но и при уменьшении (сокращении) – механизм тот же.
Упругие силы, то есть энергия упругой деформации параллельных и последовательных упругих компонентов вносит весьма значительный вклад в осуществление преодолевающего движения, так как существенно увеличивают силу сокращения мышцы.
Для мышц характерно и такое свойство как релаксация – снижение силы упругой деформации с течением времени. Если преодолевающее движение по каким-либо причинам не выполняется, то примерно через 0,12 с упругие силы превращаются в тепло и рассеиваются. Так выполнение прыжка с места (отталкивания, броска) сразу после подседа (амортизации, замаха) повышает мощность преодолевающей работы мышц. Но задержка в подседе, амортизации, замахе снижает результат в упражнении. Также известно, что повторное частое растягивание мышцы позволяет удлинить ее больше, чем одноразовое за счет рассеивания упругих сил.
Механика мышечного сокращения. По признаку «сила тяги – длина мышцы выделяют следующие режимы мышечного сокращения. Изометрический – сила тяги равна внешнему сопротивлению и длина мышцы не изменяется. Концентрический (миометрический, преодолевающий) – сила тяги больше внешнего сопротивления, мышцы укорачивается. Эксцентрический (плиометрический, уступающий) – сила тяги меньше внешних сил, мышца удлиняется.
В лабораторных условиях (при использовании специальных устройств) можно создать режим, когда мышца сокращается при неизменной силе тяги – изотонический режим.
Изолированные режимы сокращения мышц встречаются очень редко. Как правило, при выполнении бытовых и спортивных движений мышцы сокращаются в комбинированных режимах. То есть имеет место анизотонический режим, при котором мышца сначала принудительно удлиняется, затем укорачивается.
Если принять за основу модель мышцы, то следует считать, что тяга на концах мышцы возникает тогда, когда параллельные и последовательные упругие компоненты уже не в состоянии растягиваться. В пользу этого предположения говорит тот факт, что в спринтерском беге удлинение и укорочение трехглавой мышцы голени осуществляется за счет сухожилий, так как брюшко мышцы работает в изометрическом режиме (И.М. Козлов, 1983; В.С. Топчиян, 1980).
Влияние внешнего сопротивления на механические показатели мышечного сокращения. Механические характеристики мышечного сокращения зависят от величины внешнего сопротивления. При его увеличении (стимуляции) отмечается следующее. 1. Латентный период возбуждения мышцы увеличивается. Это связано с увеличением времени, необходимого для достаточного растяжения последовательно упругих компонентов, чтобы сила тяги мышцы превысила внешнее сопротивление. 2. Величина укорочения мышцы уменьшается. 3. Скорость укорочения мышцы падает.
При одной и той же степени стимуляции мышцы ее сила тяги зависит от длины мышцы в данный момент; скорости изменения длины; времени от начала стимуляции.
При сокращении мышца расходует энергию, которая превращается в работу и тепло. В изометрическом режиме, когда механическая работа равна нулю, вся энергия превращается в тепло. Отношение выполненной работы ко всем затратам энергии (к.п.д.) максимально при скорости сокращения мышцы примерно равной 20% от максимума. КПД пропорционален скорости сокращения мышцы. Кроме того, возвращаясь к изометрическому сокращению мышцы следует отметить, что в чистом виде оно не существует. Несмотря на неизменную общую длину мышцы, брюшко ее укорачивается при удлинении последовательных упругих компонент.
Механические, анатомические и физиологические условия тяги мышц. Основным механическим условием, определяющим тягу мышц, является нагрузка. Она растягивает мышцу при уступающей работе, против нее мышца выполняет работу преодолевающую. С ростом нагрузки сила тяги мышцы растет, но не беспредельно. Нагрузка может быть представлена весом отягощения, силой инерции, упругости, трения. Поэтому более корректно говорить о внешнем сопротивлении.
Движение звеньев в кинематической цепи как результат тяги мышц зависит также от закрепления звеньев; соотношения движущих сил и сил сопротивления; начальных условий движения.
Из анатомических условий проявления силы тяги мышц наиболее важными являются: строение мышцы и ее расположение в данный момент времени. Физиологический поперечник (площадь сечения через все волокна) определяет суммарную тягу и величину упругой деформации волокон. расположение мышцы в каждый момент движения определяет угол ее тяги относительно костного рычага и величину растягивания, что влияет на величину момента силы тяги мышцы. При углах, отличающихся от прямого, кроме вращающей, есть и укрепляющая составляющая силы тяги. Величины вращающей и укрепляющей составляющих находятся в обратной зависимости.
Физиологические условия можно свести к возбуждению и утомлению мышцы. Кроме того, величина тяги мышцы существенно зависит от быстроты ее продольной деформации. При преодолевающей работе с ростом скорости укорочения мышцы ее сила тяги падает. При уступающей работе – наоборот. Кроме того, известно, что на ударное ускорение продолжительностью от 0,001 до 0,008 с тело человека реагирует как жесткое тело; на ускорения длительностью от 0,06 до 0,10 с – как эластическое. Это связано с длительностью латентного периода самых быстрых рефлексов, связанных с ориентацией тела человека в пространстве.
Разновидности работы мышц определяются сочетанием их силы тяги и длины. Виды работы мышц (преодолевающая, уступающая, статическая) определяются только характером изменения длины всей мышцы: укорочением, удлинением, сохранением. Для каждого из этих трех случаев существует возможность как минимум трех вариантов изменения силы тяги: увеличение, уменьшение, сохранение. Отсюда выделяют 9 типичных разновидностей работы мышц.
Двигательный аппарат человека можно представить как самодвижущийся рычажный механизм, состоящий примерно из 600 мышц, 200 костей, нескольких сотен сухожилий. Кости и их соединения (суставы, связки и пр.) составляют скелет, являющийся твердой опорой тела человека.
Двигательный аппарат обычно разделяют на звенья, называя звеном часть тела, расположенную между двумя соседними суставами или между суставом и дистальным (более удаленным от туловища) концом. Так, звеньями тела являются кисть, предплечье, голова и т.д. [3].
Движенья в звеньях тела осуществляются благодаря усилиям мышц, прикрепляющихся к костям скелета. Можно сказать, что мышцы составляют активную часть двигательного аппарата человека. Любое движение - это результат действия тяги одной или нескольких мышц, изменяющий взаимное расположение звеньев тела. Направлением тяги мышцы считается прямая линия, соединяющая центры мест ее начала и прикрепления. Обычно вращение в суставе обеспечивается группой мышц, причем направление тяги любой из мышц данной группы только в редких случаях полностью совпадает с направлением движения звена. В таком случае результат совместного действия двух и более мышц определяется равнодействующей мышечных сил, величина и направление которой зависят от взаимного расположения мышц и величины развиваемых ими усилий. Напомним, что равнодействующей называют силу, которая производит такое же действие, как и несколько одновременно действующих сил. Так, например, направление тяги большой грудной мышцы и широчайшей мышцы спины не совпадает с направлением движения плеча в фазе подъема туловища при подтягивании на перекладине, но их равнодействующая вносит существенный вклад в выполнение данного движения.
Кости, соединённые подвижно в суставах, с точки зрения механики – это рычаги, которые служат для передачи действия силы на расстояние. Суставы представляют собой точку опоры рычага. Таким образом, рычаг является принципиальным механизмом, служащим для передачи и полезного использования механической энергии в двигательном аппарате [18].
В целом двигательный аппарат человека можно рассматривать как систему рычагов, подвижно соединенных в суставных сочленениях. Движение костных рычагов в ту или иную сторону относительно суставов, а также их фиксация осуществляется в результате взаимодействия мышечных сил и сил внешней нагрузки. Законы изменения взаимного расположения звеньев тела под действием внешних сил и сил тяги мышц подчиняется законам, известным в механике как "правила рычага".
6. ВО ИМЯ ЧЕЛОВЕКА, НА БЛАГО ЧЕЛОВЕКА
Глайдирующий летательный аппарат
Глайдирующий летательный аппарат Мы уже указали, какие четыре силы действуют на моторный самолет в процессе устойчивого горизонтального полета: его вес тянет вниз, равная противоположная подъемная сила крыльев поддерживает его, вперед толкает мотор, назад тянет равное
Кинематика движений человека
Опорно-двигательный аппарат человека
Опорно-двигательный аппарат человека В повседневной жизни, выполняя те или иные движения, мы никогда не задумываемся над их природой. Для нас это как бы само собой разумеющееся, совершенно естественное явление. В действительности же управление движениями в человеческом
Биомеханическая модель человека
Биомеханическая модель человека Биомеханика изучает в опорно-двигательном аппарате человека преимущественно те особенности его строения и функций, которые имеют значение для совершения (и совершенствования) движений.При самом упрощенном подходе перемещение человека
Ритм и деятельность человека
Ритм и деятельность человека Ритм является кардинальным свойством природы, формой движения материи. В нашей стране пионером хронобиологии был ленинградский физиолог Н. Я. Пэрна. Он раскрыл ритмическую структуру психоэмоциональной жизни человека и показал значение
2.1. Понятийный аппарат
2.1. Понятийный аппарат Для того, чтобы оценить отдельные движения или сопоставить их между собой, определяют их биомеханические характеристики, которые делятся на две группы: качественные (напряженность, расслабленность, свобода, легкость, выразительность и др.) и
Уровень человека
Уровень человека Другая черта, понравившаяся мне в Эде Робинсоне, проявилась сразу после нашей встречи. Мы сидели в кабинете спортзала, и я рассказывал о некоторых измерениях и фотографиях, которые я надеялся сделать в этот день. Например, я хотел тщательно измерить,
3.1. Понятийный аппарат
3.1. Понятийный аппарат Для того, чтобы оценить отдельные движения или сопоставить их между собой, определяют их биомеханические характеристики, которые делятся на две группы: качественные (напряженность, расслабленность, свобода, легкость, выразительность и др.) и
8.2. Понятийный аппарат и основы использования вспомогательных упражнений дзюдоиста в рамках общей теории и методики спортивной борьбы
8.2. Понятийный аппарат и основы использования вспомогательных упражнений дзюдоиста в рамках общей теории и методики спортивной борьбы Следует остановиться на материале, представленном в главе 8.1, поскольку его безоговорочное принятие может сформировать неправильное
Влияние Луны на человека
Влияние Луны на человека Итак, воздействие Луны на Землю не ограничивается только лишь созданием приливной волны, огибающей земной шар вслед за ночным светилом. Вся природа реагирует на изменения, происходящие с Луной, и человек, как органичная часть живого мира, не
Двигательный аппарат
Двигательный аппарат Почти все вырабатываемые у лошади в процессе дрессировки условные рефлексы связаны с ее движениями.Движение лошади осуществляется перемещением центра тяжести тела с разнообразными изменениями положения конечностей и корпуса. В движении
Читайте также: