Примеры двуплечных рычагов
По закону рычага I рода происходят движения головы (рис. 7.4), позвоночника и таза. Рычаги первого рода почти всегда присутствуют при разгибательных движениях.
Равновесие моментов действующих и противодействующих сил приводит к стабильному положению головы. При неравенстве моментов возникают передне-задние наклоны головы и кивательные движения.
Рис. 7.4. Пример рычага первого рода (рычаг – череп)
Практическое применение закономерностей функционирования рычагов
Для правильного выбора корригирующих физических упражнений необходимо знать причины, вызвавшие нарушение равновесия рычага. Так, при односторонних радикулитах необходимо снизить мышечный тонус (мышечную силу) на стороне поражения, что восстановит равновесное состояние рычага и положение головы и тела.
При нарушениях осанки у детей и ослабленных больных, следует использовать упражнения и приемы массажа, способствующие укреплению ослабленных мышечных групп и повышению их тонуса.
У больных после частичной или полной ампутации конечности происходит уменьшение тяжести костного звена. Поэтому следует применять упражнения, способствующие наращиванию мышечной массы на стороне ампутации, и обучать больного расслаблять мышцы противоположной конечности и пользоваться протезом для восстановления равенства моментов сил.
Примеры одноплечных рычагов
По законам рычагов 2-го рода происходят движения конечностей (рис. 7.5). Примером рычага скорости является рука при опоре на локтевой сустав с грузом на ладони, а рычага силы - стопа в стойке на пальцах. (По принципу рычага второго рода в теле работает большинство мышц.)
Рис. 7.5. Виды рычагов 2 рода
Практическое применение закономерностей функционирования рычагов
Движение стопы во время подъема на носки - пример движения по закону «рычага силы». Слабые мышцы задней поверхности голени создают проблемы с удержанием равновесия при стоянии на носках. В этом случае момент мышечной силы тяги меньше момента силы тяжести. Поэтому, для сохранения равновесия человек стремиться встать на полную ступню. Для улучшения равновесия при стоянии на носках необходимо укрепить мышцы, расположенных на задней поверхности голени. Кроме того, следует посоветовать пациенту уменьшить массу тела (похудеть), если его вес является избыточным.
Биомеханические маятники
Маятник – это звено тела, совершающее колебательные движения (например, рука или нога). Маятник имеет точку подвеса (аналог точки опоры или оси рычага) и подвижное звено, колеблющееся относительно оси, проходящей через точку подвеса (рис. 8.6).
Закономерности маятникообразных движений
§ Приложенная сила выводит маятник из равновесия и вызывает движение в одну сторону. Приобретенная во время движения кинетическая энергия затрачивается на качание маятника в противоположную сторону.
§ Период качаний маятника (T) определяется моментом инерции маятника относительно оси, проходящей через точку подвеса (l), его массой (m), ускорением свободного падения (g) и расстоянием между точкой подвеса и ОЦТ (r): T = 2π √ l/mgr.
§ Собственная частота колебаний маятника не зависит от массы качающегося тела, но зависит от его длины (при увеличении длины частота колебаний уменьшается).
§ Наименьшие затраты энергии на перемещение биологического маятника (например, нижней конечности) наблюдаются при приближении частоты колебаний маятника (например, частоты шагов) к резонансной (т. е. близкой к собственной частоте колебаний ноги).