Все мышцы человека в большей или меньшей степени работают. В механике под работой принято понимать перемещение тела под действием силы, которая к нему приложена. Эта работа численно определяется как произведение силы мышцы на расстояние, на которое переместилось тело (груз) под действием силы, и выражается в килограммометрах. Работу мышц разделяют на преодолевающую, уступающую и удерживающую. Мышца выполняет преодолевающую работу тогда, когда она, преодолевая определенное сопротивление, перемещает тело, производя подъем тяжести или передвижение тела по поверхности. При уступающей работе мышца, находясь в напряженном состоянии, постепенно растягивается и под действием другой силы «уступает» действию этой силы. При удерживающей работе мышца имеет такую степень напряженности, при которой оказывает равноденствие другой какой-либо силе.
На тело человека всегда действуют силы тяжести и мышечные силы тяги, которые, взаимодействуя, вызывают различные движения и перемещения тела и его частей в пространстве. Отдельные кости скелета можно представить себе как рычаги, на которые действуют мышечные силы, силы тяжести или другие внешние силы. Суставы, связывающие кости в звенья, обеспечивают необходимую подвижность частей тела, которая, однако, зависит не только от формы суставов, но и от работы мышц.
Рисунок: Рычаг равновесия.
А – точка опоры; Б – точка приложения силы; В – точка сопротивления.
В механике различают несколько видов рычагов. Если две силы, направленные в одну сторону, расположены на концах рычага, а точка опоры, около которой происходит вращение, находится между ними, то такой рычаг называют рычагом равновесия. Примером рычага равновесия может быть атланто-затылочный сустав. У рычага силы точка опоры находится на конце его, а две силы, расположенные с одной стороны от этой опоры, действуют на рычаг в разные стороны. Примером рычага силы может быть голено-стопный сустав. Сила тяжести тела, передаваемая через сустав, приходится на таранную кость. Второй действующей силой, поднимающей стопу, является мышечная тяга трехглавой мышцы голени, направленная кверху. Опорой служат головки плюсневых костей. Рычаг скорости отличается от рычага силы тем, что сила мышечной тяги приложена вблизи точки опоры и образует намного меньшее плечо по сравнению с другим плечом, на конце которого действует сила тяжести. Примером рычага скорости может служить локтевой сустав. Точкой опоры служит сустав, а силами, приложенными к рычагу, являются мышечная сила двуглавой мышцы плеча, направленная кверху, и сила тяжести руки или предмета в руке, направленная книзу. В таком рычаге сила мышцы должна быть больше силы тяжести во столько раз, во сколько длина всего рычага больше расстояния от точки опоры до точки приложения мышечной силы. Рука будет двигаться быстрее, чем действующая на нее мышца, т. е. происходит выигрыш в скорости и расстоянии и проигрыш в силе.
Вращение какого-либо звена около сустава является результатом действия пары сил — совокупности двух равных параллельных сил, направленных в противоположные стороны. Кратчайшее расстояние между линиями действия сил называется плечом пары. Таким кратчайшим расстоянием является перпендикуляр, опущенный из точки приложения одной силы на направление другой. Так, например, сгибание предплечья в локтевом суставе двуглавой мышцей можно рассматривать как действие пары сил, одной из которых является сила мышцы, другой — реакция опоры (сустава со стороны плечевой кости), направленная в противоположную сторону. Моментом вращения пары сил называется произведение силы мышцы на плечо пары сил, выражаемое в килограммометрах.
Мышцы обладают большой способностью сокращаться и растягиваться. При растяжении мышц упругие силы в них увеличиваются, становятся равными силам, растягивающим их. Следовательно, мышцы являются эластичной тканью тела, обладающей упругостью. Они способны менять свою форму при выполнении работы.
Рисунок: Рычаг силы.
А – точка опоры; Б – точка сопротивления; В — точка приложения силы.
Мышечная сила не одинакова у различных мышц и зависит от ряда причин: массы мышечной ткани, расположения самих мышц, их натянутости. У физически развитых людей сила, развиваемая мышцами, больше, чем у лиц, не занимающихся физическим трудом. Физические упражнения способствуют увеличению объема мышц, их утолщению. При этом мышцы становятся более упругими, быстро восстанавливающими свою форму после прекращения внешнего воздействия. У пожилых людей объем мышц несколько уменьшается, вследствие чего снижается и их действующая сила.
Рисунок: Рычаг скорости.
А — точка опоры; Б — точка приложения силы; В — точка сопротивления.
Установлена определенная зависимость между силой мышцы и ее поперечным сечением. Сила мышцы тем больше, чем больше ее поперечное сечение. Ориентировочно считают, что 1 см2 сечения мышцы соответствует силе 10 кг. Зная это, не трудно определить силу какой-либо мышцы, поперечное сечение которой известно. Так, например, подсчитанная таким способом сила сгибателей предплечья равна приблизительно 150 кг. Подсчитанные мышечные силы могут показаться значительными. Но при этом следует иметь в виду, что точка приложения силы в этом случае может быть в непосредственной близости к суставу, а поднимаемая тяжесть — на значительном расстоянии от него. В организме человека есть и такие мышцы, которые обладают небольшой силой, но они прикреплены к большому плечу рычага, отчего их действие оказывается значительным.