Вектор силы дельтовидной мышцы (ОСм), вызывающий отведение плеча, проведен так, как он мог бы выглядеть в этой гипотетической ситуации. На правой части рисунка показано анатомическое представление плеча, включающее в себя закругленную головку плечевой кости и акромион с ключицей. Эти анатомические особенности изменяют направление волокон дельтовидной мышцы. Если провести вектор ОСм, точка приложения будет также расположена на плечевой кости. Линия действия мышцы в этой точке прикрепления идет в направлении тяги. В данном примере линия действия соответствует тяге волокон средней части дельтовидной мышцы (вспомним, что равнодействующая направлена на отведение плечевой кости и находится в одной линии с вектором средней части дельтовидной мышцы). Линия действия дельтовидной мышцы продолжается по прямой, хотя мышца огибает головку плечевой кости, поскольку вектор — это всегда прямая линия, т. е. действие мышцы на кость определяется направлением мышечной тяги в точке прикрепления к кости, но не последующими изменениями направления волокон. Линия действия и направление ОСм значительно различаются на правой и левой части рис. 2.30, хотя точка приложения и величина силы везде одинаковы.
Поскольку мышцы в теле постоянно сталкиваются с анатомическими блоками, тягу мышцы (ОСм) можно зрительно представить для любой мышцы или мышечного сегмента, соблюдая следующее:
• точка приложения находится на рассматриваемом сегменте, в точке прикрепления мышцы к данному сегменту;
• линия действия мышцы совпадает с направлением натяжения, которое волокна или сухожилия мышцы создают в точке приложения силы;
• векторы являются прямыми линиями и не меняют направление, независимо от направления мышечных волокон или сухожилий;
• величина (длина) мышечных векторов, если только им не придано некое гипотетическое значение, обычно берется произвольно, поскольку мы не можем измерить абсолютную силу мышечной тяги у большинства живых субъектов.
Силы, изученные выше, имели линии действия, совпадающие или пересекающиеся. Однако на рычаги в теле человека
действуют также и силы с линиями действия, которые и не совпадают, и не пересекаются. Довольно несложно обнаружить в теле человека силы, действующие на один и тот же объект и параллельные друг другу. Система параллельных сил существует, если на один и тот же рычаг действуют две или более параллельно направленные силы, но действуют они на некотором расстоянии от оси, вокруг которой этот рычаг вращается. Каждая из сил в параллельной системе будет пытаться вызвать вращение рычага вокруг оси. Для лучшего понимания действия, которое параллельные силы оказывают на жесткие рычаги скелета, нам следует вспомнить принципы действия рычага.
2.8.1. Рычаги первого, второго, третьего рода. Вращающий момент
Рычаги первого рода. Система рычагов первого рода возникает тогда, когда две параллельные силы (или две параллельные равнодействующие) действуют по сторонам от оси, вызывая (или пытаясь вызвать) вращение рычага в противоположных направлениях. Как правило, в качестве примера рычага первого рода, на который воздействуют силы, приводятся детские качели (рис. 2.31,а). На рычаг, или качели, действуют четыре силы (поскольку в контакте с ним находятся четыре вещи). Это контакты человека A, человека B, клина и силы тяжести.
На рис. 2.31,b показано схематическое изображение рычага и сил, действующих на него.
Рис. 2.31. Рычаг первого рода: детские качели (a). В контакте с рычагом находятся люди A и B, сила тяжести (СТ) и клин (КК), который служит осью (b)
Силы «клин-качели» (КК) и «сила тяжести-качели» (СТК) действуют на ЦТ качелей и входят в линейную систему сил. Поскольку эти силы не удалены друг от друга (они составляют линейную систему сил), или не удалены от оси (клина). Мы будем при движении их игнорировать, и сосредоточим внимание на векторах A и В. На рис. 2.32 показаны качели и те же силы, но только они обозначены не так, как на рис. 2.31,b.
Рис. 2.32. Система рычага первого рода:
УП — усилие, действующее на расстоянии ПУ (плечо усилия) от оси; R — сопротивление, действующее на расстоянии ПС (плечо сопротивления) от оси
Сила B называется усилием (У). Она определяется как сила, вызывающая вращение рычага. Сила A обозначается как сила сопротивления (R). Сила сопротивления — это сила, которая препятствует вращению рычага (действует в направлении, противоположном вращению). Понятно, что это предполагает, что вращение рычага вызывается человеком B, т. е. качели идут вниз со стороны человека B. Если качели находятся в равновесии, то выбор силы, которую обозначают как усилие, и которую обозначают как сопротивление, может быть произвольным. Если равновесия нет (рычаг вращается), то вращение рычага всегда происходит в направлении действия усилия, или если формулировать точнее, усилие — это сила, осуществляющая тягу в направлении движения.