Поступательные движения количественно выражаются при помощи линейного расстояния (перемещение), которое
прошел объект или сегмент. Единицы измерения могут быть разными, но в этой книге мы будем использовать килограммы, сантиметры и секунды, т. е. Международную систему единиц (СИ). Перемещение за единицу времени в определенном направлении (линейная скорость) может рассматриваться как вариант описания величины движения.
Глава 2
КИНЕТИКА: АНАЛИЗ СИЛ
Определение силы. Кинематические описания человеческого движения позволяют нам визуализировать движение, но не дают понимания того, почему оно происходит. Это требует изучения сил. Находится ли тело или сегмент тела в движении, или в покое, зависит от сил, действующих на тело. Говоря упрощенно, сила — это давление или тяга, оказываемая одним материальным предметом или веществом на другой. Иными словами, любую силу фактически можно рассматривать либо как давление, толчок, либо как тягу, прилагаемую предметом А к предмету Б. Такая концепция силы (толчок/тяга) также может использоваться для описания сил, встречающихся при оценке движения человека.
Внешние силы — это тяга или давление, оказываемые на человеческое тело и происходящие из источников вне тела. Сила тяжести является внешней силой, которая в нормальных условиях действует на любые объекты. По этой причине сила тяжести является той внешней силой, действующей на человеческое тело, которую следует рассматривать в первую очередь. Сила тяжести — это сила, действующая на любую материальную частицу, находящуюся вблизи земной поверхности. Сила тяжести — это только одна из бесчисленного множества внешних сил, действующих на тело человека.
Внутренние силы — это такие силы, которые действуют на тело, но источники их находятся внутри самого тела. Примерами являются мышцы (двуглавая мышца плеча тянет лучевую кость), связки (они тянут кости) и кости (одна кость давит на другую). Внутренние силы необходимы для функционирования организма, потому что если зависеть только от внешних сил, трудно создать целенаправленное движение сегмента тела. Что еще более важно, внутренние силы противодействуют внешним силам, стремящимся нарушить целостность суставной структуры человека.
Некоторые силы, такие как сила трения и атмосферное давление, могут действовать как снаружи тела, так и внутри.
Векторы сил. Все силы, независимо от источника, или объекта приложения, являются векторными величинами и могут быть описаны при помощи:
• точки приложения или направления воздействия;
• линии;
• величины (количества) прилагаемой силы.
Вектор силы традиционно изображают в виде стрелки: 1) стрелка указывает точку приложения на объекте; 2) стержень указывает направление действия силы; 3) определенную длину, указывающую на количество прилагаемой силы (величину). В метрической системе мер единицей измерения силы является ньютон (H)[1]. Дополнительной единицей измерения, принятой в метрической системе, является дина (1 дина = 10-5 H) и килограмм-сила (1 кгс ~ 10 H). На рис. 2.1 показана рука, толкающая книгу. Сила воздействия руки на книгу обозначена вектором («рука-книга» — РК).
Рис. 2.1. Вектор РК (рука-книга) представляет собой величину и направление силы, действующей со стороны руки на книгу
Точка приложения находится на корешке книги, линия и направление действия обозначают направление давления, длина вектора указывает на величину усилия. Длина вектора обычно берется в масштабе, пропорциональном величине усилия. Например, если мы возьмем масштаб типа: 4,5 кг = 0,64 см, то стрелка в 0,95 см будет соответствовать силе в 6,8 кг. Однако длину вектора не всегда надо изображать в масштабе. Линию действия каждого вектора можно рассматривать как бесконечно длинную, т. е. любой вектор можно продолжать бесконечно в любом направлении, если это поможет в определении отношения этого вектора с другими векторами или объектами. Однако в случае заданного масштаба длина вектора не должна быть произвольной.
Пример вектора (в данном случае — вектор МК), описывающего силу, с которой мышца действует на костный рычаг в теле, показан на рис. 2.2.