Максимальная величина силы трения, действующей на ногу (FXL), — произведение силы контакта «постель-нога» и неизвестного коэффициента статического трения. В этом примере она была бы довольно велика, потому что кожа и простыня легко скользить друг по другу не могут. Мы можем допускать даже, что FXL настолько велика, что может полностью нейтрализовать силу смещения «веревка-нога». Нога не могла бы двигаться в силу отсутствия чистой неуравновешенной силы, действующей на нее. Расхождения голени и бедренной кости не произошло бы, а связки остались в защитном напряжении.
Когда мы рассматривали силы равновесия и парные силы реакции, то эти силы были частями линейной системы сил, действующих на предмет. Однако гораздо чаще силы, действующие на предмет, не лежат на одной линии, а имеют линии действия, расположенные друг к другу под углом. Две или более силы, действующие в одной точке приложения на предмете, но в расходящихся направлениях, являются частями системы сходящихся сил, действующие на один предмет, могут также быть частью такой системы сходящихся сил, если их векторы имеют разные точки приложения на предмете, но если векторы продолжить, они пересекутся. Равнодействующая сходящихся сил (чистый эффект) действует в общей точке приложения или в точке пересечения и может быть представлена новым одиночным вектором при помощи процесса, известного как сложение сил.
2.7.1. Сложение сил
На рис. 2.26 лошади (А и Б) тянут веревки, прикрепленные к блоку, под прямым углом друг к другу, каждый с силой в 34 кг.
Рис. 2.26. Лошади А и Б, тянущие блок через ЦТ под углом друг к другу, представляют собой систему сходящихся сил; вставка показывает сложение силы А (ЛАБ) и Б (ЛББ) для получения равнодействующей R
Линии действия «лошадь А-блок» (ЛАБ) и «лошадь Б — блок» (ЛББ) идут в разных направлениях, но обе действуют через ЦТ (поскольку векторы можно продолжить, веревки не обязательно прикреплять именно к ЦТ блока). Чистым эффектом, или равнодействующей этих двух сил тяги, будет линия, находящаяся между людьми. На вставке рис. 2.26 показано графическое решение задачи методом многоугольника. Векторы (ЛАБ) и ЛББ проводят в масштабе с общей точкой приложения под прямым углом друг к другу. Затем от конца вектора ЛББ проводится линия (ЛАБД параллельная ЛАБ, точно так же от конца вектора ЛАБ проводят линию (ЛББ4), параллельную ЛББ. В результате получается многоугольник. Равнодействующая R проводится от точки приложении в пересечении ЛАБ и ЛББ и до точки пересечения (ЛАБ4) и (ЛББ4). Вектор равнодействующей всегда будет являться диагональю многоугольника, образованного двумя исходными векторами.
Чистый эффект сил ЛАБ и ЛББ (по 34 кг каждая) будет равен 48 кг в направлении R (учитывая пропорциональный размер R относительно ЛАБ и ЛББ). Важно заметить, что величина R не равна арифметической сумме ЛАБ и ЛББ. Блок легче сдвинуть, если в направлении R действует единая сила, равная 48 кг, чем две расходящиеся силы по 34 кг каждая.
2.7.2. Линии действия мышц
Общий вектор мышечной силы. Сила, с которой мышца действует на костный сегмент, на самом деле является равнодействующей тяги, приложенной к общей точке прикрепления всех волокон, которые составляют мышцу. Поскольку каждое мышечное волокно может быть представлено в виде вектора (рис. 2.27), все волокна вместе составляют систему сходящихся сил, в которой равнодействующей будет общий вектор силы мышцы (ОСм).
Рис. 2.27. Общая сила мышцы (ОСм) является равнодействующей тяг всех волокон вместе
ОСм имеет точку приложения в месте прикрепления мышцы, линия действия его представляет направление равнодействующей тяги всех мышечных волокон. Можно попробовать представить это решение графически, взяв вначале тягу двух волокон, связав их в один пучок, и добавив еще одно волокно. Это можно повторять, пока не будут «подключены» все волокна. Равнодействующую тоже можно вывести в одну точку приложения в месте прикрепления мышцы на кости и проведя линию равнодействующей силы симметрично между волокон. Направление тяги любой мышцы будет всегда направлено к ее середине. Величина (длина) ОСм может быть изображена произвольно, если только не установлена гипотетическая размерность. Однако реальную силу активной тяги, как отдельных мышечных волокон, так и силу мышцы в целом, у живого человека определить невозможно.