Почему сила бицепса больше веса, который держишь в руке?

Мышца крепится близко к локтю — короткое плечо. Груз в кисти далеко — длинное плечо. Чтобы уравновесить момент веса, нужна большая сила на коротком плече. Это проигрыш в силе и выигрыш в скорости и размахе кисти — типичный рычаг третьего рода.

Нужно ли учитывать вес самого предплечья?

В простой схеме его часто опускают. Если учесть, вес предплечья действует в центре масс и даёт дополнительный момент относительно локтя, так что сила мышцы ещё больше. Поэтому даже пустая рука «на весу» требует усилия.

Действительно ли сила бицепса строго вертикальна?

Нет: сухожилие тянет под углом. Момент даёт только составляющая, перпендикулярная предплечью. Продольная составляющая сжимает кость и момента не даёт. Вертикальная сила в одной точке — чтобы момент считался как F · d.

Какие ещё рычаги третьего рода есть в теле?

Сгибание предплечья плечевой мышцей; сгибание голени в колене (ось в колене, нагрузка на стопе, мышцы задней поверхности бедра). Подъём на носки — другой класс: ось у пальцев, нагрузка — вес тела, сила — ахиллово сухожилие (рычаг второго рода).

Предплечье как рычаг третьего рода

Ось в локте, нагрузка в кисти, мышца крепится близко к суставу: условие равновесия моментов.

О модели

Предплечье — рычаг третьего рода: ось в локтевом суставе, сила мышцы (бицепс) между осью и нагрузкой, груз — в кисти. Статическое равновесие: сумма моментов относительно локтя равна нулю. Момент силы M = F · d, где d — плечо (перпендикуляр от оси до линии действия силы). Отсюда F_м · d_м = F_нагр · d_нагр. Поскольку d_м ≪ d_нагр, сила мышцы больше веса груза: проигрыш в силе, выигрыш в скорости и размахе кисти. Предплечье — жёсткий стержень; массу предплечья в простой схеме часто не учитывают; силу мышцы считают вертикальной и приложенной в одной точке.

Для кого: 9–11 класс и первый курс: момент силы, равновесие, рычаги; введение в биомеханику.

Ключевые понятия

момент силы
рычаг третьего рода
плечо силы
статическое равновесие
ось вращения
выигрыш в силе

Как это работает

На схеме локоть — ось, груз в кисти, крепление мышцы ближе к суставу. Из F_м d_м = W d_L видно: чем короче плечо мышцы, тем больше нужная сила. Рычаг третьего рода даёт проигрыш в силе и выигрыш в перемещении кисти.

Часто задаваемые вопросы

Почему сила бицепса больше веса, который держишь в руке?: Мышца крепится близко к локтю — короткое плечо. Груз в кисти далеко — длинное плечо. Чтобы уравновесить момент веса, нужна большая сила на коротком плече. Это проигрыш в силе и выигрыш в скорости и размахе кисти — типичный рычаг третьего рода.
Нужно ли учитывать вес самого предплечья?: В простой схеме его часто опускают. Если учесть, вес предплечья действует в центре масс и даёт дополнительный момент относительно локтя, так что сила мышцы ещё больше. Поэтому даже пустая рука «на весу» требует усилия.
Действительно ли сила бицепса строго вертикальна?: Нет: сухожилие тянет под углом. Момент даёт только составляющая, перпендикулярная предплечью. Продольная составляющая сжимает кость и момента не даёт. Вертикальная сила в одной точке — чтобы момент считался как F · d.
Какие ещё рычаги третьего рода есть в теле?: Сгибание предплечья плечевой мышцей; сгибание голени в колене (ось в колене, нагрузка на стопе, мышцы задней поверхности бедра). Подъём на носки — другой класс: ось у пальцев, нагрузка — вес тела, сила — ахиллово сухожилие (рычаг второго рода).

Продолжите с близкими темами в этой категории — или все 85 в «Классическая механика».

Вся категория →

Школьные