На рис. 2.50 показана равнодействующая сил плечелучевой мышцы, действующая на предплечье и увеличивающая сгибание.
Рис. 2.50. Разложение силы плечелучевой мышцы (ОСм) на ротационный и поступательный компоненты (fr) и (ft) при 35° (а), 70° (b), 90° (c) и 145° (d) сгибания в локтевом суставе
Эта мышца является более типичной мышцей организма, чем двуглавая мышца плеча. Угол приложения силы плечелучевой мышцы меняется довольно незначительно, и ротационный компонент никогда не бывает больше поступательного (хотя fr при 90° и 145° локтевого сгибания, как и fr бицепса). Поступательный компонент остается компрессионным, независимо от позиции конечности:
• линии действия большинства мышц больше параллельны рычагу, чем перпендикулярны ему;
• ротационный компонент мышечной силы редко бывает больше, чем поступательный;
• поступательный компонент большинства мышц способствует компрессии сустава.
Ограничения, существующие для мышечных сил, неприменимы для сил внешних. На рис. 2.51 показано действие силы тяжести (СТ) на ногу при различных ее положениях в пространстве. На рис. 2.51,а нога параллельна земле, и сила СТ действует на рычаг под углом в 90°. Вся величина СТ (СТ = fr) направлена на ротацию в коленном суставе в направлении по часовой стрелке (сгибание колена).
Рис. 2.51. Разложение силы тяжести (СТ) на ротационны поступательный компоненты и (ft) при разных положениях и пространстве. Сила тяжести компонент(ты):
a — полностью ротационной; b — ротационный и разделительный; с — ротационный и компрессионный
На рис. 2.51,b и с сила СТ действует на ногу так, что ротационный и поступательный компоненты примерно равны по величине. Вращательный момент, оказываемый fr в коленном суставе, в обоих случаях действует по часовой стрелке. Однако поступательный компонент вектора СТ в одном случае растягивает коленный сустав, а в другом случае — сдавливает его. Изменение направления действия поступательного компонента связано с изменением положения конечности и, соответственно, с изменением угла приложения силы тяжести. Вектор СТ на рис. 2.51,b действует под углом в 135° к рычагу, а на рис. 2.51,с — под углом в 45°.
На рис. 2.52 на ногу действует внешняя сила руки (СР), пытаясь согнуть ногу в колене, преодолевая сопротивление четырехглавой мышцы бедра.
Рис. 2.52. Сила руки (СР), действующая:
а — на ногу под углом (тратит часть усилия в направлении растягивания); b — перпендикулярно ноге (работает только на вращение)
Предплечье/кисть создает вращающий момент по часовой стрелке. Четырехглавая мышца бедра, чтобы удержать ногу в том же положении, вынуждена создавать противодействующий момент, равный по величине. На рис. 2.52, а сила руки (СР) разложена на вращательный и поступательный компоненты. Хотя основная сила руки направлена на ротацию (fr значительно больше, чем ft), некоторое количество силы все же «тратится» на растягивание. В этом случае сила растягивания не преследует никакой полезной цели и, по сути, представляет собой «пустое» усилие. Угол приложения силы руки можно, однако, изменить так, чтобы действовать строго перпендикулярно рычагу (см. рис. 2.52,b). При таком изменении ориентации сегмента «предплечье/кисть», человек, оказывающий сопротивление рукой, может действовать с той же силой, но создавать при этом больший момент, так как сила не «расходуется» на ненужное поступательное движение.