Принцип рычага в работе суставов

Раздел I Теоретическая часть

Принцип рычага в работе суставов

Пояснительная записка

Основная часть.

Раздел IТеоретическая часть.Общие положения анатомии и физиологии аппарата движения человека

1.Определение процесса движения

2.Структуры организма, осуществляющие процесс движения

3.Виды движений.

4.Принцип рычага в работе суставов.

5.Объем движений в суставах.

6.Потребность двигаться, ее роль в удовлетворении потребностей человека.

7.Возрастные особенности двигательной системы.

8.Пассивная и активная части опорно-двигательного аппарата.

9.Микроскопическое строение мышечного волокна.

10.Механизмы сокращения миофибрилл, саркомера, мышечного волокна, мышцы.

11.Виды костей.

12.Строение кости как органа.

13.Рост кости в длину и толщину.

14.Виды соединения костей.

15.Строение сустава.

16.Классификация суставов.

17.Виды движений в суставах.

18.Мышца как орган.

19.Внешнее и внутреннее строение мышцы.

20.Мышечные группы.

21.Виды мышц по форме, функции.

23. Вспомогательный аппарат мышц.

24.Основные физиологические свойства мышц.

Раздел IIПрактическая часть.

Вопросы для самоконтроля

Визуально – логические задания

Список литературы

Пояснительная записка

Изучение анатомических и физиологических основ реализации потребности в движении не случайно авторами программ дисциплины Анатомия и физиология человека выносится в самое начало. Функция движения определяет устройство и жизнедеятельность организма в целом.

Это обусловлено, во-первых, тем, что движение – необходимое условие сохранения здоровья, во-вторых, никакая трудовая деятельность не возможна без этой функции и, в-третьих, любая психическая деятельность реализуется в форме движения. Отцу русской физиологии И. М.

Сеченову, принадлежат известные слова: «Все бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности сводится окончательно к одному лишь явлению — мышечному движению.

Смеется ли ребенок при виде игрушки, улыбается ли Гарибальди, когда его гонят за излишнюю любовь к родине, дрожит ли девушка при первой мысли о любви, создает ли Ньютон мировые законы и пишет их на бумаге — везде окончательным фактом является мышечное движение».

Учебное пособие предназначено для внеаудиторной самостоятельной подготовки студентов и содержит два раздела.

В первом разделе представлена учебная информация, освоение которой поможет студентам последовательно сформировать знания, наличие которых требует ФГОС, во втором разделе изложены материалы, позволяющие обучающимся актуализировать знания и закрепить их путем решения поставленных вопросов и визуально – логических заданий.

Цели. Дидактические:

· Научить обучающихся самостоятельно применять знания общих закономерностей строения и функционирования аппарата движения человека.

Развивающие:

· Научить студентов умению оценивать функциональное состояние опорно-двигательного аппарата, реализации потребности в движении в стандартных и нестандартных условиях.

  • Сохранить высокий уровень активности обучающихся.

Воспитательные:

· Воспитание гуманного отношения к людям, чувства гордости за избранную профессию, соблюдения правил этики и деонтологии, бережного отношения к психике больного, чувства Аlma mater .

ОК: поиск, анализ и оценка информации; работа в коллективе, команде; обучаемость; компетентность в решении задач; способность брать на себя ответственность; самостоятельность.

Для интериоризации знаний обучающимся предлагается выполнение заданий, в том числе по оценке функционирования аппарата движения товарищей по учебе в колледже. Автор методической разработки организовал функционирующую на базе кабинета анатомии ЗОЖ студию, где силами наиболее способных студентов создаются музыкальные видео ролики и размещаются на .

Задание требует просмотра роликов и решения поставленной задачи. Эта техника направлена на достижение практически всех перечисленных выше целей.

В ходе работы у обучающихся активируется эмоциональная память, творческие способности, познавательная мотивация, в домашних условиях создаются предпосылки практической реализации знаний (здесь и сейчас), формирования профессиональных компетенций.

На изучение теоретического материала и освоение практической части требуется 1 час 45 минут.

Учебное пособие может быть получено обучающимися в цифровом виде, скачиванием с ПК преподавателя, лицами, не имевшими возможности посетить занятия – со страниц авторского сайта ЗОЖСТУДИО НМК, через почту или программу Skype.

Учебное пособие позволяет продолжить формирование следующих профессиональных компетенций:

ПК 1.1. Планировать обследование пациентов различных возрастных групп.

ПК 1.2. Проводить диагностические исследования.

ПК 1.3. Проводить диагностику острых и хронических заболеваний.

ПК 1.4. Проводить диагностику беременности.

ПК 1.5. Проводить диагностику комплексного состояния здоровья ребенка.

ПК 2.2. Определять тактику ведения пациента.

ПК 2.4. Проводить контроль эффективности лечения.

ПК 3.5. Осуществлять контроль состояния пациента.

ПК 4.4. Проводить диагностику групп здоровья.

ПК 5.2. Проводить психосоциальную реабилитацию.

Раздел I Теоретическая часть.

Инструкция для обучающихся.

Прочитайте информационный блок. Постарайтесь уложиться в 1 час 10 минут. Запишите в рабочую тетрадь наиболее сложные, по Вашему мнению, термины. Этот материал мы разбирали на лекционном занятии, поэтому для повторения Вы должны потратить в среднем не более 3 минут на страницу.

Обратите внимание: что в некоторых местах текст помечен «(иметь представление)», «(знать)» – это означает разные уровни усвоения материала, следовательно, на достижение уровня «(знать)» потребуется потратить втрое больше времени, чем на формирование представлений. Для большинства студентов чтобы иметь представление, нужно прослушать лекцию, что уже было сделано, и один раз в темпе прочитать соответствующий текст.

Теоретическая часть.

Общие положения анатомии и физиологии аппарата движения человека.

1.Определение процесса движения(знать)

Под процессом движения следует понимать изменение координат чего либо.

В анатомии и физиологии под этим процессом подразумевается локомоция – перемещение тела в пространстве: ползание, ходьба, бег, лазание, плавание, полет и пр.

и манипуляция (изменение частей тела относительно друг друга). К манипуляциям относят мимические движения, которые в большинстве случаев обусловлены натяжением кожных складок мышцами.

Срединная или сагиттальная плоскость

Плоскости, относительно которых описывается движение:

Венечное сечение или фронтальная плоскость
Поперечная или горизонтальная плоскость

Анатомические термины, описывающие положение тела и направление движений. (Знать).

Существуют стандартные термины, которые описывают взаимное расположение различных частей тела по отношению друг к другу.

Человеческое тело представляет собой сложную трехмерную структуру, поэтому знание точных анатомических терминов положения и направления поможет вам сравнивать одну часть тела с другой и понимать, как они расположены по отношению друг к другу. Эти термины остаются постоянными независимо от того, сидит человек, стоит или лежит.

Передний Находящийся впереди, направленный вперед Мышцы живота расположены в передней части брюшной полости
Задний Находящийся сзади, направленный назад За разгибание ноги в тазобедренном суставе отвечает задняя группа мышц бедра
Верхний Находящийся над другими структурами, направленный к голове Плечевой пояс занимает верхнее положение по отношению к тазовой области
Нижний Находящийся под другими структурами, направленный к ногам Тазовая область занимает нижнее положение по отношению к плечевому поясу
Латеральный Направленный в сторону от срединной линии тела Наружную часть коленного сустава образует латеральный мыщелок большеберцовой кости
Медиальный Направленный к срединной линии тела Внутреннюю часть коленного сустава образует медиальный мыщелок большеберцовой кости
Проксимальный Находящийся ближе к туловищу или началу конечности Тазобедренный сустав занимает проксимальное положение по отношению к коленному
Дистальный Находящийся дальше от туловища, срединной линии Пальцы стоп представляют собой дистальное образование ног
Поверхностный Находящийся ближе к поверхности тела, чем другие структуры Прямая мышца бедра образует поверхностный слой четырехглавой мышцы бедра
Глубокий Находящийся дальше от поверхности тела, чем другие структуры Самый глубокий слой стенок брюшной полости образован поперечной мышцей живота
Пронация Поворот вниз, внутрь При пронации кисти руки ладонь обращена вниз
Супинация Поворот вверх, наружу При супинации кисти руки ладонь обращена вверх

2.Структуры организма, осуществляющие процесс движения(Знать)

Движение осуществляется аппаратом движения. Опорно-двигательный аппарат состоит из двух частей: пассивной и активной. К пассивной относятся кости, соединения костей, к активной — мышцы, при сокращении которых осуществляется движение.

Составляющие элементы аппарата движения

А. Кости Б. Соединения костей В. Мышцы

3. Виды движений.(Знать).

Различают следующие виды движений в суставах:

1. Движение вокруг фронтальной (горизонтальной) оси – сгибание (flexio), т. е. уменьшение угла между сочленяющимися костями,(локтевой сустав)

120о 55о

и разгибание (extensio), т. е. увеличение этого угла.

120о 165о

Движения вокруг сагиттальной оси – 1) приведение (adductio), т. е. приближение к срединной плоскости,

Сагиттальная ось

До приведения После приведения

Нейтральное положение кисти

и 2) отведение (abductio), т. е. удаление от нее (противоположное движение). Движения вокруг вертикальной оси, т. е. вращение (rotatio): кнутри (pronatio) и кнаружи (supinatio).

2. Круговое движение (circumductio), при котором совершается переход с одной оси на другую, причем один конец кости (конечности) описывает круг, а вся кость (конечность) – фигуру конуса.

Правило рычага гласит: выигрыш в силе пропорционален проигрышу в расстоянии и наоборот. На рисунке видно, что точка приложения силы мышцы F удалена от оси вращения на расстояние примерно в пять раз меньшее, чем точка сопротивления Fтяж (силе тяжести шара). Т.е. dFтяж. dFмышцы Сила, которую должна развить мышца в 5 раз больше силы, с которой притягивается вес шара. Если шар весит 7 кг, то для подъема шара мышце нужно приложить силу в 35 кг, при весе шара 2 кг соответственно 10 . По силе можно определить длинну рычага:   Если F мышцы = 56кг, 0 1 2 F веса шара = 8 кг, то рычаг 0-1 в 7 раз короче рычага 0-2.    

4.Принцип рычага в работе суставов.(Иметь представление).

5.Объем движений в суставах.(Иметь представление).

Определяется в крупных суставах: тазобедренных, коленных, голеностопных, плечевых и лучезапястных. С этой целью обследуемому предлагают продемонстрировать степень максимально возможного сгибания и разгибания в суставах.

При этом необходимо отметить: а) чрезмерное разгибание («гипермобильность») суставов, особенно коленного и локтевого; б) уменьшение объема движения, связанное с индивидуальными анатомическими особенностями, повышением тонуса мышц или последствиями травмы (заболевания) сустава; в) «разболтанность» (нестабильность) сустава, сопровождающуюся частыми подвывихами и вывихами.

Объем движения в суставе – важный показатель при определении функциональной способности конечности. Измерение выполняется с помощью угломера, при этом необходимо исследовать два вида объема движения – активный и пассивный (табл. 1).

Активный объем является результатом работы мышц, ответственных за его выполнение.

Пассивный объем движения представляет собой результат приложения внешней силы (например, рука врача, массажиста). Как правило, пассивный объем движения на несколько градусов больше активного в физиологических границах, однако при измерении его нельзя доводить до болевых ощущений.

Таблица 1

Измерение объема движений в некоторых суставах(Иметь представление).

Осуществляется специальным инструментом – угломером. Сопоставление данных, полученных в результате исследования с нормой позволяет судить о степени подвижности суставов.

Сопоставление активного (движение осуществляет обследуемый) и пассивного (движение осуществляет исследователь) объемов движения позволяет получать дополнительные данные, например, о рефлекторном мышечном напряжении или отсутствии обеспечения полного объема движения соответствующим мышечным усилием.

При патологических изменениях в области исследуемого сустава различие между активным и пассивным объемом движения может быть значительным.

Таблица 2

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Источник: //megalektsii.ru/s39578t10.html

Биомеханика. Наука о движениях человека

Принцип рычага в работе суставов

Что такое биомеханика?

Название включает в себя греческие слова bios — жизнь и mexane — механизм, рычаг. В отличие от традиционной механики, в которой рассматривается движение и взаимодействие предметов, биомеханика это наука, которая изучает и анализирует многогранные и разносторонние движения живых существ.

В фитнесе, да и во всех видах спорта, особенно подвижных, биомеханика рассматривается и используется, как базовая наука и имеет большое значение. Основу биомеханики составляют физиология, геометрия, математика, анатомия и физика в разделе механики. Не меньше биомеханика связана с психологией и биохимией.

Все варианты взаимодействия прикладных наук полезны и приносят ощутимую пользу.

Биомеханическая мускульная работа

Работа любой мышцы человеческого опорно-двигательного аппарата основаны на умении и возможности мышцы сокращаться. В момент мышечного сокращения сама мышца укорачивается, а обе точки крепления к костям сближаются одна относительно другой. Подвижная точка Insertion начинает приближаться к начальной неподвижной точке крепления Origin, так осуществляется движение данной конечности.

Если применить это качество и свойство мышечной материи к области фитнеса, то открывается возможность выполнения определенной механической работы (подъем штанги, перемещение конечности с гантелей), прилагая разную степень мышечного усилия.

Мышечная сила в данном случае будет определяться площадью сечения мышечных волокон, или говоря простым языком площадью разреза мышцы в поперечнике. Размер мышечного сокращения определен длиной мышечного волокна.

Соединения костей и взаимодействие с мышечными группами устроено в форме механического рычага, позволяющего выполнять простейшую работу по поднятию и передвижению предметов.

Механика учит нас, что чем дальше от оси будет приложена сила, тем выше кпд, ибо благодаря большому плечу рычага, работу можно выполнить с меньшими усилиями.

Так и в биомеханике — если мышца крепится дальше от опорной точки, тем более выгодно будет использована ее сила. П.Ф.

Лесгафт в этом смысле квалифицировал мышцы на сильные, имеющие крепление дальше от опорной точки и быстрые или ловкие, имеющие точку крепления вблизи опоры.

Мышечное движение всегда производится в двух противоположных направлениях.

По этой причине для выполнения двигательного процесса вокруг одной опорной точки необходимо наличие двух мышц на противоположных сторонах одна от другой.

Направления движения в биомеханике тоже получили свои определения: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и горизонтальное отведение, ротация медиальная и ротация латеральная.

Мышца, которая вызывает момент движения при сокращении и принимает на себя основную нагрузку, называется агонистом — Prime mover. Каждое сокращение мышцы-агониста приводит к полному расслаблению противоположной ей мышцы-антагониста.

Если мы выполняем сгибание в локте, агонистом будет являться сгибатель локтя — бицепс, а антагонистом в этот момент будет разгибатель локтя — трицепс. После окончания движения обе мышцы будут уравновешивать друг друга, находясь в немного растянутом состоянии. Это явление называется мышечным тонусом.

Мышцы, помогающие выполнять движение мышце-агонисту и действующие в одном с ним направлении, но испытывающие меньшую нагрузку и меньшую степень сокращения называются синергистами. Мышцы, обеспечивающие устойчивость и равновесие определенному суставу при выполнении движения, называются фиксаторами.

Помимо фиксаторов значительную роль в тренировочном процессе выполняют мышцы стабилизаторы, которые работают в качестве элементов равновесия тела при смещении центра тяжести и увеличении общей силовой нагрузки.

Кроме того мышцы стабилизаторы участвуют в повседневной жизни человека в обеспечении равновесного расположения частей тела относительно друг друга вне силовой тренировки.

В любой момент движения, кости образуют механические рычаги, следуя за мышечными командами.

Биомеханика выделяет три вида биомеханических рычагов:

  • рычаг 1 рода, где точки приложения силы расположены с противоположных сторон от оси; 
  • рычаг 2 рода, где точки приложения силы располагаются по одну сторону от оси, но на разном от нее расстоянии, поэтому здесь применимы два вида рычага, условно называемые «рычаг силы» и «рычаг скорости».

Рассмотрим виды рычагов более подробно:

Рычаг 1 рода

В биомеханике он называется «рычагом равновесия». Поскольку точка опоры расположена между двумя точками приложения силы, рычаг еще называют «двуплечим». Такой рычаг нам демонстрирует соединения позвоночника и черепной коробки.

Если вращающий момент силы, действующей на затылочную часть черепа равен вращающему моменту силы тяжести, действующему на переднюю часть черепа, и они имеют одинаковое плечо рычага, достигается равновесие.

Нам удобно, мы не замечаем разнонаправленного действия, и мышцы не напряжены.

Рычаг 2 рода

В биомеханике он подразделяется на два вида. Название и действие этого рычага зависят от места расположения приложения нагрузки, но у рычагов обоих видов точка приложения силы точка приложения сопротивления находятся по одну сторону от точки опоры, поэтому оба рычага являются «одноплечими».

Рычаг силы образуется при условии, что длина плеча приложения силы мышц длиннее плеча приложения силы тяжести (сопротивления). В качестве наглядного примера можно продемонстрировать человеческую стопу.

Осью вращения здесь являются головки плюсневых костей, пяточная кость служит точкой приложения силы, а тяжесть тела образует сопротивление в голеностопном суставе. Здесь имеет место выигрыш в силе, за счет боле длинного плеча приложения силы и проигрыш в скорости.

Рычаг скорости имеет более короткое плечо приложения мышечной силы, чем плечо силы противодействия (силы тяжести). Примером может служить работа мышц сгибателей в локтевом суставе. Бицепс крепится вблизи точки вращения (локтевой сустав) и с таким коротким плечом необходима дополнительная сила мышце сгибателю.

Здесь имеет место выигрыш в скорости и ходе движения, но проигрыш в силе. Можно заключить, что чем ближе от места опоры будет крепиться мышца, тем короче будет плечо рычага, и тем значительнее будет проигрыш в силе.

При соединении двух костных пар образуется биокинетическая пара, характер движения в которой определяется строением костного сочленения (сустава), работой мышц, сухожилий и связок. Подвижность в суставе может зависеть от многочисленных факторов: пола, возраста, генетического строения, состояния ЦНС.

Для того чтобы оптимально и правильно принять исходное положения для выполнения упражнений необходимо напрямую руководствоваться знанием законов рычагов первого и второго типов.

Если мы изменим положение конечности или туловища, то в свою очередь определенным образом изменится длина плеча рычага конечности или туловища.

В любом случае всегда исходное положение выбирается таким образом, чтобы начальный период тренировки сопровождался менее нагрузочными положениями конечностей и корпуса.

В дальнейшем, в зависимости от состояния и формы тренирующегося, можно постепенно увеличивать длину плеча рычага, для усиления воздействия на определенную мышечную группу. Увеличение силы противодействия одновременно с удлинением плеча рычага в свою очередь еще больше акцентирует внимание на укрепление силы конкретной мышечной группы или одной мышцы.

Для осуществления технически грамотного движения в момент выполнения упражнения, необходимо и важно знать, в каком направлении работает сустав, соединяющий активную мышечную группу. Здесь нам необходимо опять обратиться к анатомическим плоскостям. Виды и описание осей и плоскостей даны в разделе кинезиологии.

Виды и названия суставов вы можете найти в разделе анатомии. Опорно-двигательный аппарат человека представляет собой различные костные сочленения, соединенные друг с другом посредством суставов. Тело человека может свободно перемещаться в шести направлениях: вперед и назад, вправо и влево, вверх и вниз.

Определенная классификация суставов позволяет движения в этих направлениях.

Суставы трехосные — это самые подвижные суставы, они свободно обеспечивают движение в трех направлениях. Примером служат: соединения черепа и позвоночника, межпозвонковых дисков, плечевые суставы, лучевой и тазобедренный. Подобные суставы имеют шарообразную форму.

Движения в этих суставах происходят в сагиттальной, корональной и трансверсальной плоскостях.

В этих суставах тренирующийся имеет возможность выполнять все виды движений: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и отведение, медиальную и латеральную ротацию.

Суставы двухосные — обеспечивают движение в двух направлениях, менее подвижны. Они имеют форму эллипса или седла. Движения в этих суставах происходят в сагиттальной и корональной плоскостях. Примером служат суставы пальцев рук, лучезапястный сустав. Здесь возможны сгибание и разгибание, приведение и отведение.

Суставы одноосные — обеспечивают однонаправленное движение. Они имеют форму цилиндров и блоков. Примером служат плече локтевой, лучевой, коленный, голеностопный суставы. Движения возможны в сагиттальной плоскости и это сгибания и разгибания. В лучевом суставе возможна ротация латеральная (супинация) и ротация медиальная (пронация).

Несмотря на то, что многие крупные мышцы рассматриваются в анатомии как единое целое, различные части и отделы больших мышц могут осуществлять неодинаковые движения.

В сгибании плеча, например, принимает участие Deltoid Anterior, в отведении плеча Middle Deltoid, а в разгибании Deltoid Posterior. Данные знания являются основой для составления индивидуальной программы тренировок, которую инструктор или тренер готовит для тренирующегося.

Это позволяет грамотно осуществить подбор необходимых упражнений для воздействия на конкретную мышцу или мышечную группу.

В зависимости от того, какое исходное положение принимает тренирующийся, выполнение определенного упражнения может усложняться или облегчаться.

Поэтому общая эффективность тренировки также зависит от исходного положения в выполнении упражнения.

В фитнесе мы применяем следующие исходные положения: положение лежа — самое простое и легкое, положение сидя — менее легкое и положение стоя — с малой площадью опоры и поэтому достаточно сложное для удержания равновесия.

Для сглаживания разбалансировки в положениях тела с неустойчивым равновесием используются упоры. Очень распространенным является упор лежа. Это закрытая кинематическая цепь, поскольку все части тела замкнуты. Устойчивость и равновесие имеют достаточно высокую степень, центр тяжести расположен низко, площадь опоры большая.

Для примера верхней опоры могут послужить висы. Висы тоже считаются достаточно устойчивыми. Тело человека испытывает силу растяжения под тяжестью собственного веса. Руки прямые и соприкасаются с опорой в фиксировано положении. Вис является силовым упражнением уже сам по себе.

Подтягивания на перекладине являются сложным силовым упражнением, которое может выполнить только подготовленный спортсмен с сильно развитыми мышцами верхнего пояса и верхних конечностей.

В таком положении любая двигательная активность является сложно выполнимой, поэтому можно использовать опору для ног.

Ходьба — повседневная двигательная активность человека. Это попеременное движение ног. Одна нога служит опорой в тот момент, когда другая находится в воздухе и движется вперед. Ноги поочередно сменяют друг друга, меняя последовательно опорную фазу на двигательную.

Бег — быстрые циклические шаги, требующие от опорно-двигательного аппарата достаточно больших энергозатрат, напряжения центральной нервной системы, хорошей физической формы. Измеряется длиной шага, скоростью бега и длительностью временного промежутка.

Приседания — выполняются мышцами нижних конечностей. Площадь опоры достаточно мала, равновесие не обладает достаточной устойчивостью. При опоре руками выполнение приседаний значительно облегчается. Чем приседания глубже, тем они тяжелее. Усложнение упражнений осуществляется за счет темпа и числа приседаний, возможно дополнительное отягощение на плечи.

Прыжки — это поочередные отталкивания тела от площади опоры. Главную работу выполняют мышцы нижних конечностей, мышцы туловища и рук участвуют в движении, обеспечивая вспомогательную функцию.

Источник: //www.skyrace.club/texts/18-biomexanika-nauka-o-dvizheniyax-cheloveka.html

Рычаги тела человека

Принцип рычага в работе суставов

Рычаг – это простейший механизм, помогающий человеку преобразовать энергию мышечного усилия в движение, многократно увеличивая прилагаемую силу. Рычажные механизмы присутствуют и в теле человека.

Это все кости, имеющие определённую свободу движений.

Понимание устройства и задач различных типов рычагов тела человека поможет вам в выработке стратегии терапии и выборе техник при работе с различными частями тела.

УСТРОЙСТВО РЫЧАГА

Любая рычажная система имеет в своём составе три особых части. Первая часть называется осью (или точкой опоры). Относительно этой части и совершается движение рычага. Например, в ножницах осью является осевой винт, расположенный между кольцами и лезвиями. Гаечный ключ – это рычаг, использующий центр удерживаемого им болта в качестве оси.

В теле человека осями являются суставы. Например, коленный сустав является точкой опоры или осью для рычага, состоящего из бедра и голени.

Следующие два компонента рычажной системы – источники механической энергии, работающие в противоположных направлениях, две точки приложения сил. Первый источник – это сопротивление, то есть механическая энергия, которая преодолевается при активации рычага.

При движении тела человека, силы тяжести, трения или какие-либо другие внешние силы, действующие на тело, играют роль сопротивления.

Второй источник механической энергии – это приложение мышечного усилия или просто сила.

Вернемся к рассмотренному выше примеру. При разведении и сведении колец ножниц с помощью сокращений мышц руки создаётся сила, а предмет, который вы разрезаете, создаёт сопротивление. Если говорить о гаечном ключе, то силой является усилие, которое вы прилагаете, чтобы повернуть ключ, а трение резьбы болта о рабочую поверхность создаёт сопротивление.

ТИПЫ РЫЧАГОВ

Вышеперечисленные компоненты рычага могут располагаться по-разному в зависимости от типа рычажной системы. Задачи рычага в таком случае также меняются.

РЫЧАГИ ПЕРВОГО РОДА

Рычаги первого рода имеют точку опоры, расположенную между точками приложения сил. Простейший пример рычага первого типа – детские качели (См. Рис.1). Твёрдая балка расположена на точке опоры. Если два человека сядут на противоположные концы рычага такого типа, они смогут балансировать на центральной оси, или один может подняться выше другого. Задача рычага такого типа – баланс.

Рычаги первого рода используются в нашем теле, когда необходимо сбалансированное усилие. Подъём головы вверх после того, как её опустили вниз – пример работы рычага первого рода. Вес головы смещён вперёд относительно позвоночного столба. Воздействие силы притяжения на голову создаёт сопротивление.

Суставы шейных позвонков образуют ось. Трапециевидные мышцы и её мышцы-синергисты, разгибающие шею, генерирует усилие, перемещающие рычаг. Сопротивление на одной стороне, ось в центре и сила на другой стороне.

Такая рычажная система позволяет удерживать голову в правильном положении относительно позвоночного столба.

РЫЧАГИ ВТОРОГО РОДА

Рычаги второго рода имеют силу на одном конце, ось на другом, а сопротивление располагается в середине. Один из самых распространённых рычагов второго рода – тачка (Рис.2). Колесо служит осью на одном конце. Кузов, в котором что-то находится, играет роль сопротивления в центре. Подъём рукояток обеспечивает приложение силы на другом конце.

Рычаги второго рода гораздо мощнее, но имеют ограниченную скорость и диапазон движения. Рычаги второго рода в теле человека располагаются в лодыжках, необходимых, помимо всего прочего, для толчкового усилия.

Осью в этом случае являются подушечки стоп, а силу генерируют мощные икроножные мышцы (одна из мышц-подошвенных сгибателей), прикрепляющиеся к пятке. В роли сопротивления выступает вес тела, воздействующий на структуру через большеберцовые кости. Этот мощный рычаг задействован при ходьбе, беге и прыжках.

Подобное строение объясняет, почему у человека икроножные мышцы значительно больше по сравнению с другими мышцами голени, участвующими в разгибании.

РЫЧАГИ ТРЕТЬЕГО РОДА

Рычаги третьего рода имеют сопротивление на одном конце, ось на другом, а точка приложения мышечного усилия располагается посередине. В качестве примера можно привести лопату (См.рис. 3).

Земля обеспечивает сопротивление, когда вы втыкаете конец лопаты в землю. Сила генерируется при подъёме средней части ручки. Ваша другая рука обеспечивает ось на другом конце лопаты.

Этот рычаг ориентирован на скорость и диапазон движения.

Рычаги третьего рода имеют наибольшее распространение в теле человека и представлены, например, мышцами, сгибающими руку в локте при приведении руки к плечу. Локтевой сустав является осью, а двуглавая мышца плеча и плечевая мышца, расположенные дистально, обеспечивают силу. Сопротивлением является вес предплечья и предмета, удерживаемого в руке.

ПРИМЕНЕНИЕ НА ПРАКТИКЕ

Определение рода рычажной системы определённой части тела помогает лучше понять принцип функционирования и способствует более эффективной диагностике и выбору стратегии терапии, направленной на восстановление функционирования и предотвращение травм.

Например, из разобранных выше примеров можно сделать вывод, что в мышцах шеи зачастую нарушен баланс длины и силы, а подошвенные сгибатели имеют тенденцию к укорачиванию при частом их использовании для создания взрывной силы (как мы уже знаем, в рычагах второго рода важнее сила, чем диапазон движений).

Большинству подвижных суставов тела человека требуется полный диапазон движения для нормального функционирования, поскольку они являются рычагами третьего рода.

Кристи Кэл

Источник: //www.massage.ru/articles/rychagi-tela-cheloveka

Рычаговый принцип работы опорно-двигательного аппарата

Принцип рычага в работе суставов

На тело человека всегда действуют силы тяжести, силы инерции, силы сопротивления среды и мышечные силы тяги, которые взаимодействуют и 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 зависит не только от формы суставов, но и от работы мышц.

В механике рычагом называют твёрдое тело, имеющее точку опоры, около которой оно может вращаться под влиянием противодействующих друг другу сил. По отношению точек приложения силы мышцы и силы сопротивления к точке опоры различают рычаги первого и второго рода.

Если опора располагается между точками приложения сил, то это рычаг первого рода. Если же обе силы приложены с одной стороны опоры, то это рычаг второго рода. Для равновесия рычага первого рода силы должны быть направлены в одну сторону, а для равновесия рычага второго рода – в разные стороны.

Основное свойство рычага любой формы при равновесии выражается равенством моментов сил.

Рычаг первого рода (рычаг равновесия). Примером такого рычага может служить череп с точкой опоры в атланто-затылочном сочленении, лежащей на фронтальной оси этого сустава. Точка приложения силы тяжести головы (центр тяжести головы) находится кпереди от точки опоры, точки приложения сил мышечных тяг разгибателей головы и шеи – кзади.

Таз так же является рычагом первого рода с точкой опоры на поперечной оси тазобедренного сустава. В зависимости от положения туловища общий центр тяжести тела (ОЦТ) может занять положение кпереди или кзади от поперечной оси тазобедренного сустава.

В этом случае равновесие тела обеспечивает сила мышечной тяги разгибателей позвоночного столба (ОЦТ – кпереди) или сгибателей (ОЦТ – кзади).

Рычаги второго рода имеют две разновидности. Первый, именуемый рычагом силы, характеризуется тем, что плечо мышечной тяги больше плеча силы тяжести. Примером такого рычага является стопа с точкой опоры на поперечной оси плюснофаланговых суставов.

Сила тяжести тела приходится на таранную кость. Сила мышечной тяги трёхглавой мышцы голени направлено кверху, точка её приложения – пяточный бугор. Соответственно, при сгибании стопы трёхглавая мышца развивает усилие меньше чем тяжесть тела человека.

Вторая разновидность рычага второго рода именуется рычагом скорости.

В этом рычаге плечо силы тяжести превышает плечо силы мышечной тяги, то есть для преодоления силы тяжести мышцы должны развивать усилие больше, чем тяжесть звена тела или груза, удерживаемого им. Примером может служить предплечье с точкой опоры на поперечной оси локтевого сустава.

Одни и те же соединения костей могут выступать в определённых условиях, как рычаги первого, так и второго рода. Так, например, череп при свободном прямом держании головы является рычагом первого рода.

При висе на зубах (как это делают артисты цирка) или при захвате головы под нижней челюстью в различных видах борьбы череп будет являться рычагом второго рода.

В этих случаях внешним силам, разгибающим голову, будут противодействовать силы тяг всех мышц, прикрепляющихся к подъязычной кости, длинной мышцы головы, передней и латеральной прямых мышц головы. Стопа, как рычаг силы (рычаг второго рода) при некоторых условиях может выступать как рычаг скорости и рычаг равновесия.

Так, например, в том случае, когда стопа не опирается о землю и свободно разгибается в голеностопном суставе, она будет функционировать как рычаг скорости.

При ударе по мячу в футболе тыльной стороной стопы точка приложения равнодействующей силы мышц разгибателей стопы (передняя большеберцовая мышца, длинный разгибатель пальцев, длинный разгибатель большого пальца стопы) и точка приложения силы тяжести мяча будут расположены по одну сторону от поперечной оси вращения голеностопного сустава. Силы будут направлены в противоположные стороны, плечо равнодействующей силы мышц меньше плеча силы тяжести мяча, то есть в данном случае стопа будет являться рычагом скорости (рычаг второго рода).

В качестве рычага равновесия (рычага первого рода) стопа будет функционировать, например, при отталкивании тела от водной среды во время плавания стилем брасс, где силы тяги мышц сгибателей стопы будут противодействовать сопротивлению водной среды.

Знания рычагового принципа опорно-двигательного аппарата применяются при разработке спортивных тренажеров, с помощью которых удаётся нагружать как функциональные группы мышц, так и отдельные мышцы и даже определённые пучки мышц.

Список рекомендованной литературы

ОСНОВНАЯ

1. Козлов В.И. Анатомия человека. – М., 1978. – 547 с.

2. Иваницкий И.О. Анатомия человека. – Т. 1. – М., 1956. – 548 с.

3. Иваницкий Н.О. Анатомия человека. – М., 1985. – 544 с.

Дополнительная

1. Гладышева А.А. Анатомия человека. – М., 1977. – 343 с.

2. Привес М.Г. и др. Анатомия человека. – А., 1969. – 343 с.

3. Сапин М.Р., Билич Г.А. Анатомия человека. – М., 1989. – 544 с.

4. Синельников Р.Д. Атлас анатомии человека. – Т. 1. – М., 1972. – 458 с.

5. Синельников Р.Д. Атлас анатомии человека. – Т. 2. – М., 1973. – 468 с.

6. Синельников Р.Д. Атлас анатомии человека. – Т. 3. – М., 1974. – 399 с.

Просмотров 1030 Эта страница нарушает авторские права

Источник: //allrefrs.ru/5-29551.html

III Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся Старт в науке

Принцип рычага в работе суставов
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке “Файлы работы” в формате PDF Введение

Организм человека – очень сложный «механизм». В нем можно найти, в том числе, и простые механизмы с точки зрения физики. Оказывается, все суставы в теле человека – это рычаги.

Именно они помогают нам быть подвижными и выполнять огромное количество движений. А значит, чтобы мы долго могли оставаться физически молодыми, нужно знать, где они, как работают. И самое главное, как сделать так, чтобы они служили нам долго и хорошо.

Давайте разберемся, что же такое рычаг, кто его изобрел, где они в теле человека и как работают.

Цель работы – исследование рычага как механизма в теле человека.

Задачи:

1. Найти и изучить информацию по теме проекта.

2. Изготовить продукт проекта – модель рычага, на нем изучить принцип действия сустава.

3. Найти и изучить рычаги в теле человека.

4. Создать презентацию по теме проекта и выступить на окружной конференции, а также перед одноклассниками при изучении этой темы на уроке физики.

5. Создать буклет с упражнениями для укрепления суставов и мышц.

Глава 1. История создания рычага.

Человек стал использовать рычаг ещё в доисторические времена, интуитивно понимая его принцип. Такие инструменты, как мотыга или весло, применялись, чтобы уменьшить силу, которую необходимо было прикладывать человеку.

В пятом тысячелетии до нашей эры в Месопотамии применялись весы, использовавшие принцип рычага для достижения равновесия. Позже, в Греции, был изобретён безмен, позволивший изменять плечо приложения силы, что сделало использование весов более удобным. Около 1500 года до н. э.

в Египте и Индии появляется шадуф (колодец с «журавлём»), прародитель современных кранов, устройство для поднимания сосудов с водой.

Неизвестно, пытались ли мыслители тех времён объяснить принцип работы рычага. Первое письменное объяснение дал в III веке до н. э. Архимед, связав понятия силы, груза и плеча.

Закон равновесия, сформулированный им, используется до сих пор и звучит так: «Усилие, умноженное на плечо приложения силы, равно нагрузке, умноженной на плечо приложения нагрузки, где плечо приложения силы — это расстояние от точки приложения силы до опоры, а плечо приложения нагрузки — это расстояние от точки приложения нагрузки до опоры». По легенде, осознав значение своего открытия, Архимед воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!»

Рис. 1: Гравюра из «Журнала механики», изданного в Лондоне в 1842 году, изображающая Архимеда, переворачивающего Землю с помощью рычага.

Глава 2. Рычаги

2.1. Устройство и принцип действия рычага

Рычаг (рис.1) – твёрдое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры. На практике роль рычага могут играть палка, доска, лом и т.п. Любой рычаг имеет точку опоры и плечо. Плечо силы – кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует сила. Обозначается буквой l.

Условие равновесия рычага: рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

Рис. 2Рис. 3

Именно это правило равновесия рычага и вывел Архимед (рис.3).

Рычаг используется для получения большего усилия на коротком плече с помощью меньшего усилия на длинном плече (или для получения большего перемещения на длинном плече с помощью меньшего перемещения на коротком плече).

Сделав плечо рычага достаточно длинным, теоретически, можно развить любое усилие. Прикладывая к длинному рычагу некоторую силу, можно другим концом рычага поднимать груз, вес которого намного превышает эту силу.

Это означает, что используя рычаг, можно получить выигрыш в силе.

2.2. Типы рычагов

По строению можно выделить рычаги трех типов:

  • В рычаге первого типа (рис.4) точки приложения сил лежат по разные стороны от точки опоры. Одна из сил пытается вернуть рычаг по часовой стрелке, другая – против часовой стрелки. Для того, чтобы получить выигрыш в силе, нужно, чтобы плечо, к которому приложена сила, было длиннее плечо нагрузки. Рис. 4

  • В рычаге второго типа (рис.5) обе точки приложения сил лежат по одну сторону от точки опоры и груз имеет меньше плечо. Чтобы поднять груз, необходимо направить силу вверх. Примеры таких рычагов – тачка, лом.

Рис. 5

  • В рычаге третьего типа (рис.6) обе точки приложения сил лежат по одну сторону от точки опоры, но тяжесть имеет большее плечо. При этом нужно прикладывать силу, превышающую груз. Пример такого рычага – ложка.

Рис. 6

Глава 3. Рычаги в теле человека

Но какую роль играет рычаг в теле человека? Разбиение тела человека на звенья позволяет представить их как механические рычаги, потому что все эти звенья имеют точки соединения, которые можно рассматривать как точки.

Рычажными механизмами в скелете человека являются почти все кости, имеющие некоторую свободу движения: кости конечностей, нижняя челюсть, череп (точка опоры – первый позвонок), фаланги пальцев. Основными рабочими мышцами руки являются бицепс и трицепс.

Когда человек поднимает одной рукой предмет, бицепс сокращается, а трицепс удлиняется.

3.1. Голова человека

Ось вращения черепа проходит через сочленение черепа с первым позвонком (рис.7). Спереди от точки опоры на коротком плече действует сила тяжести головы, позади – сила F тяги мышц и связок, прикрепленных к затылочной кости.

Рис. 7

3.2. Нога человека

Действие стопы при подъеме на полупальцы (рис.8). Опорой рычага в этом случае служит головка плюсневых костей. Преодолеваемая сила – вес тела, приложена к таранной кости. Мышечная сила, осуществляющая подъем тела, передается через ахиллово сухожилие и приложена к выступу пятки.

Рис. 8

3.3. Рука человека

Почему человеческая рука представляет собой столь со­вершенный рычаг? (рис. 9) На первый взгляд этот рычаг может по­казаться, напротив, весьма несовершенным. Под действием силы двуглавой мышцы рычаг-рука поднимает груз, находя­щийся на ладони.

Точка приложения силы Fнаходится на расстоянии ОВ = 3 см от точки опоры (от локтевого суста­ва), а точка приложения силы тяжести Р — на расстоянии ОС = 30 см. Условие равновесия для рассматриваемого ры­чага имеет следующий вид: FOB= РОС. Отсюда следует, что F= Р ( ) = 10 Р.

Таким образом, чтобы удержать груз, необходимо усилие мышцы, в десять раз превышающее силу тяжести груза. Не говорит ли это о несовершенстве руки-рычага?

Рис. 9

Легко сообразить, что такое устройство руки-рычага яв­ляется как раз весьма совершенным. То, что мы проигры­ваем здесь в силе, не имеет особого значения, — мышца обладает достаточно большой силой. Зато очень важно то, что, проигрывая в силе, мы выигрываем в других отноше­ниях.

Небольшое сокращение длины мышцы позволяет в данном случае осуществить значительное перемещение ла­дони с грузом (мы можем поднять груз даже к плечу). Кро­ме того, мы выигрываем в скорости перемещения. Мышцы не могут очень быстро сокращаться.

К счастью, при таком рычаге этого и не требуется, поскольку скорость перемеще­ния ладони с грузом оказывается в 10 раз больше скорости сокращения мышцы. Итак, проигрывая в 10 раз в силе, мы во столько же раз выигрываем в длине и скорости перемеще­ния груза. Вообразим на минуту, что мышца была бы при­креплена, например, в середине лучевой кости.

Такой рычаг позволял бы нам удерживать и поднимать в 5 раз более тяжёлые грузы. Но зато мы бы в 5 раз проиграли в высоте и скорости подъёма. Если сейчас мы можем поднять груз за одну пятую секунды, то в рас­сматриваемом случае нам потребовалась бы для этого целая секунда.

К тому же, какими поистине уродливыми сделались бы наши конечности! Кому нужен выигрыш в силе, если он достигается ценой утраты подвижности, свободы перемеще­ний, изящности строения тела? Именно потому, что приро­да предпочла проиграть в силе, наши конечности оказались столь совершенными рычагами.

Глава 4. Укрепление суставов и мышц

Но каким бы совершенным не был человек, нужно стремиться поддерживать это совершенство. Для этого всего лишь требуется выполнять определенный комплекс упражнений, а самое главное – правильно питаться и вести здоровый образ жизни!(рис.10)

Всем нам известны важные функции суставов, которые обеспечивают движение и полноценную жизнь. Физические упражнения помогают укрепить Рис. 10 суставы, защитить от преждевременного старения (износа). Некоторые упражнения даже способны снять или уменьшить суставную боль.

Если выполнять упражнения для укрепления суставов ежедневно, то улучшится состояние мышц, связок, сухожилий вокруг сустава, которые будут поддерживать сам сустав и делать его сильным, здоровым, защищённым. Предлагаю вашему вниманию комплекс упражнений для укрепления мышц и суставов. Я уверена, что эти упражнения вам знакомы.

Внимание! Есть противопоказания, нужно посоветоваться с врачом.

Заключение

Природа создала человека совершенным с точки зрения физики, а конкретно использования рычага. Нам, людям, остается только брать у природы все самое ценное и важное. В результате такой работы сегодня ученые разработали универсальные, очень удобные протезы для людей (рис.10, 11): руки и ноги. Они сегодня настолько совершенны, что их сложно отличить от настоящих.

Рис. 10Рис. 11

И в робототехнике используются знания о строении суставов человека, что позволяет создать роботов, не отличимых от людей (рис.12).

Рис. 12

Разработаны специальные упражнения по укреплению мышц, но зачем их выполнять? Дело в том, что если вести ленивый образ жизни, то могут возникнуть проблемы со здоровьем, а укрепление именно таких мышц особенно необходимо. А главное, ученые и врачи доказали, что двигательная активность стимулирует развитие умственных способностей человека, а значит, помогает лучше учиться!

Подводя итог всему выше сказанному, можно сделать вывод о том, что все поставленные задачи работы были решены:

  • Я подобрала необходимую информацию по теме

  • Нашла рычаги в теле человека и исследовала их

  • Сделала модель сустава и изучила его

  • Нашла упражнения для укрепления суставов и мышц.

Цель достигнута. Мою работу можно использовать на уроках физики при изучении темы «Простые механизмы» в 7 классе. Продолжением и углублением данной работы может стать исследование влияния нагрузки на работу мышц и суставов человека. Для себя я сделала такой вывод: чтобы быть в хорошей физической форме, нужно систематически выполнять упражнения для суставов и мышц.

Библиографический список

  1. Генденштейн Л. Э. «Физика. 7 класс» – М.: Мнемозина, 2012 – 255 с.

2. Рычаг/ [Электронный ресурс] // Интернет – сайт «ВикипедиЯ» Режим доступа //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D1%8B%D1%87%D0%B0%D0%B3

3. Рычаги и маятники в теле человека / [Электронный ресурс] // Интернет – сайт «Биофайл» Режим доступа //biofile.ru/bio/16186.html

4. Простые механизмы и применение: рычаг, равновесие сил на рычаге / [Электронный ресурс] // Интернет – сайт «Надо5» Режим доступа //www.nado5.ru/e-book/prostye-mekhanizmy-rychag

5. Упражнения для укрепления суставов / Электронный ресурс // Интернет – сайт «Излечим все» Режим доступа //izlechimovse.ru/uprazhneniya-dlya-ukrepleniya-sustavov

14

Источник: //school-science.ru/3/1/33409

Советы Артролога
Добавить комментарий