БИОМЕХАНИКА НА ЧОВЕШКОТО ТЯЛО

Костите образуват скелета, който пък поддържа тялото. Костите подпомагат движението и защитават важни органи като мозъка, сърцето и белите дробове. Костите са леки (масата им е под 20 % от масата на човешкото тяло) и същевременно твърде устойчиви. Костите притежават известна еластичност, устойчиви са на натиск и опън. Костите образуват сложни костни системи, каквато е например гръбначният стълб.

С течение на времето, костите са започнали да се използват и за други дейности, след като някои животинки за развили зъби и челюсти. Та това със зъбите и челюстите продължава и при нас, хората. И оттук надолу ще ви разкажем някои интересни неща за биомеханиката на човешкото тяло.

А човешките тела могат да са доста различни. Което води до разлика в механичните им свойства. Но нека полека да видим какви са тези свойства на човешкото тяло.

Законите на Нютон си действат и в биомеханиката (затуй шансовете на дребния младеж да постигне нещо не са големи). Имаме сила на тежестта, която държи дебелия сумист (думата дебел в комбинация с думата сумист хич не е обида, а напротив – голям комплимент, защото никак не е лесно да се постигнат такива размери и килограми) здраво за земята, имаме и сила на триене, поради която дребничният младеж не може и да го помръдне назад. Може да се опита да усуче сумиста (тоест някакво въртеливо движение да направи) но и затова както казва народът, няма да му стигне силата. Е, значи трябва с хитрост. Тоест или подсичане на краката (да го спъне демек), но като гледаме, че съответния крак е по-дебел от подсичащия младеж, едва ли ще излезе нещо от тая работа. Може би опит за удар в контролния център – главата, би донесъл успех, но и това не става, защото нито ръката, нито кракът на младежа стигат да главата. Та така, след кратко разсъждение стигаме да извода, че младежът трябва да приложи прочутата хватка номер 13 – бягай! Ето как кратки разсъждения относно силата на тежестта ни доведоха до важно заключение.

И дойдохме на темата за силите в биомеханиката на човешкото тяло.

Силата на тежестта е важна и това вече го разбрахме. Но не по-малко важни са и силите на мускулите. И какво толкова имате да ни разказвате за силите. Че ние знаем много неща за тях – ще кажете. Така е. Това, което искаме да ви представим, е гледната точка на биомеханиката за силите. Та от тази гледна точка, силите биват сили, свързани с натиск и сили, свързани с разпъване.

Още силите могат да действат от разстояние (като гравитацията или някои от силите, свързани с електромагнетизма) или пък да действат само при наличие на контакт между тела (каквато е силата на триене). Може би ще е интересно за по-младите ни читатели, че силите се представят чрез вектори и поради това сумирането им може да води до доста странни резултати (спомняте си приказката за орела, рака и щуката, които дърпали една талига, но резултатът от усилията им бил никакъв!)

Вероятно защото не са посещавали часовете по физика в съответното училище и то точно тогава, когато се е обяснявало как се сумират сили. Което повдига въпроса – как пък и тримата са пропуснали точно този час – но хайде да не се правим на Шерлок Холмс, че кой знае какво ще отрием тук).

Нека да отбележим, че голяма част от биомеханиката се занимава със задачи, свързани с макроскопични сили. А там действат железните „твърди” закони на Нютон (за разлика от не толкова „твърди” закони, действащи в науките за обществото например. Само да отбележим, че колкото по-„мек” е даден закон, толкова по-статистически характер има той. Тоест толкова повече той следва да се разглежда като тенденция, а не като твърдо правило). Някои специфични сили са силата на тежестта и мускулната сила. В човешкото тяло има около 600 мускула, които са отговорни за голяма част от движенията в него.

Човекът е сложна биомеханична система. Управлявана от доста бърз биокомпютър. Всеки един от тези мускули може да се свива под действие на нервни импулси и се превръща в източник на сила. Искате пример ли – ами погледнете си ръката. Там имате едни мускули, наречени бицепс и трицепс. С тях сгъвате и разгъвате ръката. А в ръката може да има например гира от 5 килограма. И тъй мускулната сила движи гирата.

Друга важна сила е реакция на опората. Какво е това ли? Ами представете си, че решите да се пльоснете на някое (издържливо) диванче (щото ако не е издържливо пльосването може да свърши зле – за диванчето, де).

Та пльосвате се вие и лежите на диванчето – тоест нещо ви пречи да продължите да падате към земята. Е, това, което компенсира гравитацията е реакцията на опората (в случая на диванчето). И ако гравитационната сила (пропорционална на масата ви) е по-малка от реакцията на опората, която маже да осигури бедното диванче, то диванчето се чупи, а вие продължавате победоносното си пльосване към пода, където усещането за реакция на опората може да е доста неприятно.

Някой скоро ще се пльосне. Но зад това пльосване има доста биомеханика на човешкото тяло. Както показва картинката вляво пльосването на земята може да става и по други начини. Картинката показва още, че в спорта има доста механика и върховите спортни постижения винаги се постигат и с помощта на изследвания в областта на биомеханиката.

Но да оставим това засега и да кажем няколко думи за силата на триене. Къде пък сега я виждаме тая сила – ще попитате. Ами отивате в парка да четете книжка (или пък да не четете книжка) и гледате как баба пуска внучката по пързалка. Сега си представете, че на пързалката няма сили на триене.

Ако пързалката е височка (като тая на снимката, внучката доста ще се засили. Едно, че ще си ожули задните части, ами на края на пързалката и носа може да пострада (дечурлигата страшно го умеят падането по нос). Та тук силата на триене ни пази. Някои пързалки може и да са доста височки. И за намаляване на силата на триене се използва вода.

Сега да се съсредоточим върху въртенията, свързани с части на човешкото тяло и със свързаните с тези въртения въртящи моменти вследствие от действието на сили.

Въртящите моменти са доста важни за всекидневния живот. Във физиката на въртящите моменти им казват още моменти на съответната сила. Въртящият момент също е вектор (тоест като се опитате да сумирате два въртящи момента резултатът може да не е това, което ви подсказва интуицията).

Пример за въртящ момент ли искате да получите? Лесна работа – хващате си смартфончето (без да го вадите от калъфчето), слагате го на някаква равна повърхност и го завъртате с ръка. Вече може и сами да си представите как мозъкът ви праща съответните команди до мускулите на ръцете, как тези мускули се свиват и разпъват за да създадат мускулните сили, които движат ръката. И както се казва по рекламите – но това не е всичко. Ръката трябва да предаде силата на смартфончето. И понеже още не сте усвоили уменията на Дарт Вейдър, това предаване става чрез силите на триене между ръката и калъфчета. Ако тези сили са подходящо насочени, калъфчето (и смартфончето) ще почне да се върти. Ако силите не са подходящо насочени, можете да си контактувате колкото си искате с калъфчето и никакво въртене няма да се получи. А пък полезните въртеливи движения на части от ръцете са най – различни – виж например илюстрацията в ляво.

Ама дайте и пример за въртящ момент на сила и от човешкото тяло де – ще каже някой. Лесна работа. Взимате едно камъче – към половин – едно кило. Изпъвате ръката напред (добре, че не ви накарахме да вземете камъче от 20 кила, нали). Отпускате ръката надолу без да я свивате и после пак я вдигате. Като правите това, усещате, че много мускули доста се понапрягат. За какво е тоз мускулен зор. Ами за да подпомогнат вашите мераци да си движите ръката, като създават въртящ момент с ос на въртене покрай раменната ви става. Та така – една от нашите цели е полека да ви убедим, що за чудна машинка е човешкото тяло.

А ако искате да си помислите още по въпроса за въртящите моменти, представете си танцова двойка от фигурното пързаляне и разгледайте случаи на различни съотношения между масите на двамата партньори – някои насоки на разсъждение може да получите от фигурата горе. Или пък, отново идете на детската площадка и се позамислете как ли функционират люлките или люлеещите се пейки. И да не забравите, че въртящият момент зависи от разстоянието до оста на въртене и от големината на силата. Та не се чудете, когато от едната страна на пейката е детенцето и е седнало към края и, а от другата страна е таткото, седнал по-към средата (за да намали разстоянието си до оста на въртене) и си помага с краката, за да се движи пейката (това сами си го обяснете защо е така).

Източник: НаукаOFFNews