Механика определяет рычаг, как «твердый не растяжимый стержень, опирающийся на неподвижную точку». Рычаг имеет концы, называемые плечами, и точку опоры.
Всякий рычаг может быть подвержен действию многих сил. Но сколько бы сил ни было, они всегда сведутся к двум. Поэтому, когда идет разговор о равновесии рычага, тогда имеют в виду две силы, действующие в точке опоры противоположно друг другу и уничтожающиеся взаимным сопротивлением.
Если это равенство уничтожено, т. е. нарушено равновесие одной силы за счет другой, но сохраняется точка опоры, то мы получаем новое движение, вращение, где большая сила, приложенная к одной из точек — плечей рычага (точка называется — точкой приложения сил) произведет данное вращение. Из двух сил, действующих на рычаг, одна называется действующей силой, другая — противодействующей. Основной смысл применения рычага в человеческом теле заключается в возможности использования одной силы в ущерб другой. Из этого положения можно сделать много частных выводов. При расчете движений человеческого тела на общих законах биомеханики принято понятие о «моменте силы». Момент силы по отношению к рычагу определяется, как произведение силы в килограммометрах на плечо рычага (его длину), так как силы находятся на одной плоскости, будучи тождественны своим проекциям.
Проф. Воробьев в своем учебнике об анатомии человека приводит следующие вычисления по данному вопросу.
На рис. № 402 исследовано: «Пусть F1 — две силы, действующих на рычаг АВ системы, помещенной в плоскости рисунка № 402.
Рис. 402.
Силы проэцируются в виде линий FA и F1В. При оси, проходящей через точку О, расстояние данных сил от оси рычага измеряется перпендикулярами ОС и OD. Следовательно, момент силы F будет F.O.C. момент силы F1—FOD. Отсюда вытекает, что в случае действия рычага момент силы есть произведение самой силы на длину прилежащего ей плеча рычага (плечами рычага называются перпендикуляры ОС и OD, опущенные из точки опоры на направление сил F и F1»).
В результате вычислений получается, что действующие на данный рычаг силы обратно пропорционально прилежащи им плечам рычага. В случае состояния равновесия и неравенства плеч рычага— большой силе прилежит малое плечо рычага и обратно, большому плечу — соответственно малая сила. Например: в процессе проделывания приема «рычаг вверх на ладони», рука представляет рычаг АВ, где точка О (точка опоры) находится как раз в локтевом суставе, куда поставлена ладонь руки делающего прием, сила F находится у плеча обороняющегося (вес тела), а сила F1 приложена нападающим к кисти обороняющегося. Поэтому образованные плечи рычага АО и ОВ будут до тех пор в равновесии, а значит и не будут причинять боль в локтевом суставе, пока сила F будет равна силе F1. Как только нападающий в точке приложения сил В увеличит силу, равновесие плечей рычагов нарушится, обороняющийся получает сильную боль в суставе. Количество силы в приложении ее к точке В будет меньше, чем в точке А (вес тела), разница длины плеч рычагов АО и ОВ и сохраняет равновесие.
Величина одной и той же силы (напряжение) меняется не только в связи с длиной плеча ее рычага, но и в зависимости от угла приложения силы (напряжения) к данному рычагу. При этом могут быть три различных случая.
1) Сила образует прямой угол со своими плечами рычага, где она действует с большим напряжением, так как плечо рычага оказывается наиболее длинным. Например, в приеме «рычаг вверх на ладони».
Рис. 403.
2) Сила образует острый угол со своим плечом рычага. Так, если сила F (рис. 403) действует на рычаг АОВ, то при действии ее в перпендикулярном к рычагу направлении плечо ее рычага было бы АО, но АО > О,с, так как АО наклонна к А, в то время как ОС (плечо рычага силы F) перпендикулярно к ней. Поэтому известная часть силы, потребная на отталкивание неподвижной точки, теряется для движения точки А. Это становится очевидным, если силу F разложить на две силы: АЕ и АД, действующие на точку А по указаниям стрелкой направлениям. AD — количество силы, идущее на отталкивание неподвижной точки (из книги «Краткий учебник анатомии человека» проф. Воробьева).
Из этого видно, что при уменьшении угла, образуемого силой с плечом рычага, величина AD возрастает за счет величины АЕ; тем меньше в этом случае утилизируются силы для движения. Эта сила превращается в О в случае установки силы F параллельно своему рычагу.
3) Сила образует с рычагом тупой угол (рис. № 404). На этом рисунке видно, что здесь плечо рычага короче, чем в вышеописанном случае, когда F была бы перпендикулярна BOA, потому что тогда сама ОА была бы плечом и известная часть силы F теряется на притягивание точки А в направлении AD, т. е. в ущерб движению. Чем тупее угол наклонения F, тем больше становится сила, составляющая AD за счет АЕ единственно тогда полезной для движения, параллельность F с плечом рычага имела бы последствием, как и в предыдущем случае, исчезновение составляющей АЕ и в результате — невозможность движения. Из всего сказанного для читателя будет понятно, что как только сила действует перпендикулярно к плечу своего рычага, то большая или меньшая часть ее расходуется на притягивание или на отталкивание рычага от точки его опоры, соответственно углу, образуемому действующими плечом и силой. Поэтому при выполнении того или иного приема такое положение нам выгодно, если мы своей силой будем действовать перпендикулярно силе противника, ясно, что результата не будет, ибо при этом, как видно из вышеизложенного, сила противника будет больше всех работоспособна при прямом угле. Другое дело, если мы будем в приемах всякое сгибание, разгибание, вращение, сжатие и на отжатие делать под углом (и лучше, как видно выше, под острым углом), то результаты скажутся сразу.