М'язи і кістки як система важелів
Скорочується м'яз передає зусилля кістках через сухожилля. Якщо зусилля достатньо, то при вкороченні м'яза кістки переміщаються. При скороченні вона розвиває тільки тягне зусилля, так що кістки, до яких м'яз прикріплена, у міру її укорочення підтягуються один до одного. При цьому може відбуватися згинання кінцівки в суглобі (флексія) або розгинання (екстензія) - випрямлення кінцівки (рис. 30.31). У цих протилежно спрямованих рухах повинні брати участь принаймні дві різні м'язи - згинач і розгинач. М'язові групи, які здійснюють руху суглоба в протилежних напрямках, називаються антагоністами. Як показує рис. 30.31. при скорочення двоголового м'яза плеча (m. biceps) рука згинається в ліктьовому суглобі, тоді як скорочення м'язи-антагоніста - триголовий м'язи плеча (m. triceps) - змушує руку розгинатися. Обидві м'язи створюють при скороченні тільки тягне зусилля по відношенню до передпліччя.
Групи м'язів-антагоністів необхідні не тільки для згинання та розгинання, а й для руху кінцівок в сторони або обертання. Деякі з них при скороченні можуть створювати два типи руху в залежності від скорочувальної активності інших м'язів, що діють на ту ж кінцівку. При скороченні литкового м'яза (m. Gastrocnemius) нога згинається в коліні, наприклад, під час ходьби (рис. 30.32). Однак якщо литковий м'яз скорочується одночасно з чотириголового м'язом стегна (m. Quadriceps femoris). яка випрямляє ногу в гомілці, колінний суглоб не може зігнутися, так що рух можливий тільки в гомілковостопному суглобі. Відбувається розгинання стопи, тобто людина піднімається на кінчиках пальців ніг (встає навшпиньки).
М'язи, кістки і суглоби тіла представляють собою системи важелів. Принцип дії важеля ілюструється на прикладі згинання передпліччя (рис. 30.33): двоголовий м'яз надає тягне зусилля, направлене вгору, на ділянці передпліччя приблизно на відстані 5 см від ліктьового суглоба. У розглянутому прикладі кисть руки утримує навантаження 10 кг, тобто на відстані приблизно 35 см від ліктя діє спрямована вниз сила величиною 10 кг. Відповідно до законів фізики передпліччя знаходиться в стані механічної рівноваги (тобто сумарна сила, що діє на систему, дорівнює нулю), коли твір спрямованої вниз сили (10 кг) на відстань від місця її застосування до ліктя (35 см) дорівнює добутку ізометричної напруги м'язи (X) на відстань від неї до ліктя (5 см). Отже, 10 * 35 = 5 * X, звідси X = 70 кг.
Відзначимо, що робота цієї системи механічно невигідна, оскільки сила, що розвивається м'язом, набагато більше, ніж вага утримуваної навантаження (10 кг).
Однак механічно невигідні умови роботи більшості механізмів м'язових важелів компенсуються за рахунок підвищення маневреності. Мал. 30.34 показує, що вкорочення двоголового м'яза на 1 см відповідає переміщення кисті на відстань 7 см. Оскільки вони відбуваються за один і той же час, швидкість руху кисті в сім разів більше, ніж швидкість укорочення м'яза. Система важелів грає роль підсилювача, завдяки якому невеликі щодо повільні рухи двоголового м'яза перетворюються в більш швидкі рухи кисті. Так, м'яч, кинутий подає гравцем баскетбольної команди, летить зі швидкістю 90-100 миль / год (приблизно 150-160 км / ч), хоча м'язи гравця коротшають у багато разів повільніше.
випадковий малюнок
Увага! Інформація на сайті
призначена виключно для освітніх
і наукових цілей