Плечо рычага (ПР) в системе параллельных сил — это расстояние от оси до точки приложения силы к рычагу. Термин «плечо рычага» используется в этой книге для того, чтобы описать, насколько далеко от оси действует сила; к собственно длине рычага он отношения не имеет. Под плечом усилия (ПУ) подразумевается расстояние от места приложения усилия до оси. Аналогичным образом, плечо сопротивления (ПС) — это расстояние от точки приложения силы сопротивления до оси (см. рис. 2.32). В рычаге первого рода ПУ может быть больше, меньше, или равно ПС (рис. 2.33), поскольку ось может находиться в любом месте между усилием и сопротивлением, при этом классификация рычага не изменяется.
Рис. 2.33. В системе рычага первого рода ПУ может быть:
а — больше, чем RA; b — меньше ПС; c — равно ПС
В теле человека довольно немного рычагов первого рода. На рис. 2.34 показаны две параллельные силы, действующие на рычаг предплечья: первая — это сила, с которой трицепс действует на локтевой отросток и вызывает ротацию по часовой стрелке, а вторая — это равнодействующая внешняя сила, толкающая предплечье вверх, против часовой стрелки.
Рис. 2.34. Рычаг первого рода в теле человека. Сила трехглавой мышцы плеча, действующая на локтевой отросток локтевой кости, и внешняя сила, действующая на локтевую кость, разделены осью (А)
Это является рычагом первого рода, независимо от того, какую из сил мы будем обозначать как усилие, а какую — как сопротивление, потому что ось находится между двумя силами. Если предплечье разгибается, то трехглавая мышца плеча будет оказывать усилие. Если внешняя сила преодолевает силу трицепса, и предплечье сгибается, то усилие будет оказывать внешняя сила.
Рычаги второго рода. Рычаги второго рода возникают, когда две параллельные силы (или параллельные равнодействующие) действуют на некотором расстоянии от оси, причем сила сопротивления действует на точку, расположенную к оси ближе, чем точка приложения усилия (рис. 2.35).
Рис. 2.35. Система рычага второго рода. Плечо усилия (ПУ) всегда больше, чем плечо сопротивления (ПС)
В рычаге второго рода ПУ всегда длиннее, чем ПС. Рычаги второго рода в теле человека часто наблюдаются, когда усилием является сила тяжести, а сопротивление оказывается мышцами. Есть также примеры рычагов второго рода, в которых усилие развивается мышцами, но при этом дистальный сегмент, к которому прикрепляется мышца, несет вес тела. Результатом является движение проксимального, а не дистального рычага. На рис. 2.36 показано действие икроножного трицепса.
Рис. 2.36. При активном сокращении икроножного трицепса (ОСм) вес тела поднимается вокруг плюснефаланговой (МТР — метатарзофаланговой) оси пальцев ног. Сила ОСм (УП) и сила тяжести (R) действуют как рычаг второго рода; осью (А) при этом являются плюснефаланговые суставы
Суперпозиционный вес тела, действующий на стопу через ЛСТ, является сопротивлением (R). Поскольку мышцы совершают усилие, а вес тела оказывает сопротивление, образуется рычаг второго рода. Примеров рычага второго рода в теле человека, при котором усилие оказывают мышцы и вызывают движение длинного плеча с преодолением сопротивления силы тяжести, в человеческом теле не обнаруживается.
В таком случае точка приложения действия мышцы должна находиться дальше от оси, чем смещенный ЦТ конечности. Мышцы с прикреплениями, которые удовлетворяли бы этому требованию, в организме нет. Соответственно, рычаги второго рода встречаются в теле либо при эксцентрическом сокращении мышцы против действующей внешней силы, либо при таких обстоятельствах, когда мышца воздействует на проксимальный сегмент при фиксированном дистальном сегменте.