ma = ┴d и
T = |F||ma|.
Когда сила действует под прямым углом к сегменту, ma и плечо рычага (ПР) эквивалентны. При всех других углах, как будет видно далее, ma будет меньше, чем ПР.
2.10.1. Плечо момента мышечной силы
На рис. 2.41 сила, действующая на рычаг, имеет постоянную величину, но угол ее действия на рычаг меняется, и, соответственно, меняется длина плеча момента. Угол действия силы есть угол между линией действия и рычагом со стороны оси сустава. Плечо рычага, как было определено ранее, есть расстояние от точки приложения силы до оси сустава. ПР на рис. 2.41 неизменно во всех трех вариантах. Однако ma изменяется при изменении угла действия силы. Вращающий момент, развиваемый силой, является произведением величины F (в кг) и величины ma (в см) для каждой из трех позиций. Соответственно, как плечо момента, так и вращающий момент, создаваемый силой, различны при каждом из трех углов действия.
Рис. 2.41. Угол тяги силы есть угол между рычагом и вектором со стороны оси сустава. Когда угол тяги изменяется, это же происходит с размером плеча момента силы
На рис. 2.42 мышечный вектор бицепса показан схематически при воздействии на предплечье, когда локтевой сустав согнут под углами в 35°, 70°, 90° и 135°. Это углы сгибания сустава, а не углы действия мышечной силы! Нас интересует угол действия мышечной силы. Мы обращаемся к суставному углу потому, что этот угол можно легко измерить, тогда, как угол приложения силы у человека измерить крайне трудно, а зачастую вообще невозможно.
Угол линии действия ОСм на рычаг предплечья (см. рис. 2.42) заметно меняется при изменении угла сгибания локтевого сустава. Когда изменяется угол приложения силы, меняется и длина та. Наименьшим ma будет на рис. 2.42,а и наибольшим — на рис. 2.42,c.
Рис. 2.42. Схематическое изображение двуглавой мышцы плеча (ОСм), действующей на предплечье под углом: 35°(a), 70°(b), 90°(c) и 135° локтевого сгибания (d)
Если сила сокращения бицепса постоянна и ~= 23 кг по всей амплитуде движения в суставе, то вращающий момент будет изменяться прямо пропорционально изменению ma силы. Вращающий момент при сгибании локтя в 35° (когда ma меньше всего), при сгибании локтя в 90° (наибольшее ma). Способность мышцы вращать сустав будет меняться при движении, даже если мышца сокращается с постоянной силой.
Плечо момента (ma) — это кратчайшее расстояние между вектором и осью сустава. Это расстояние может быть бесконечно малым (когда линия действия проходит через ось сустава, оно будет равно нулю), но оно никогда не будет больше, чем расстояние между точкой приложения силы и остью сустава (ПР). Поскольку при действии силы под углом в 90° ПР и ma совпадают как на рис. 2.42,c, ma любой силы будет наибольшим, когда сила действует под прямым углом к рычагу. Когда ma является наибольшим, потенциал создания силой вращающего момента тоже достигает максимума.
Если сила действует на рычаг под углом более 90°, как на рис. 2.41,c и 2.42,d (независимо от положения сустава!), то ma находится путем продолжения вектора (это единственный способ, когда линия может быть проведена, перпендикулярна Z вектору и при этом будет пересекать ось сустава). Вспомним, что для оценки эффекта векторов они могут быть продолжены.
«Хвост» продолженного вектора будет ближе к оси при увеличении угла действия вектора. Если вектор увеличивает угол действия свыше 90°, ma будет уменьшаться:
• при постоянной силе сокращения вращающий момент, создаваемый мышцей, будет наибольшим в точке амплитуды движения, а линия действия мышцы находится максимально далеко от оси сустава;