Лекция 3. Механика мышечного сокращения
Биомеханические свойства мышц
Лекция 5. Биомеханика опорно-двигательного аппарата человека
Анализируя предмет биомеханики, А. Начиная с этой лекции, мы будем рассматривать именно этот аспект деятельности мышц. Биомеханические свойства скелетных мышц — это характеристики, которые регистрируют при механическом воздействии на мышцу. Следует отметить, что в условиях живого организма изучение биомеханических свойств мышц крайне затруднено. Сократимость — способность мышцы укорачиваться при возбуждении, в результате чего возникает сила тяги. В первой лекции было подробно рассмотрено строение первичного сократительного элемента мышцы — саркомера. В году А. Джулиан провели специальные исследования, позволившие установить зависимость силы, развиваемой саркомером, от его длины. Одно из предположений, касающихся механизма скольжения филаментов, заключалось в том, что каждый поперечный мостик действует подобно независимому генератору силы. Поэтому уровень силы, развиваемой во время сокращения, должен зависеть от количества одновременных взаимодействий между толстыми и тонкими филаментами. Действительно, существуют критические значения длины саркомера, при которых развиваемая им сила падает до нуля рис. Схема, иллюстрирующая зависимость между степенью перекрытия актомиозиновых филаментов и силой, развиваемой саркомером по: Первое критическое значение длины саркомера равно 1,27 мкм. Оно соответствует максимальному укорочению мышцы. В этом состоянии мышцы регулярность расположения филаментов нарушается, они искривляются. Количество одновременных взаимодействий между филаментами резко уменьшается, поэтому сила падает до нуля. Второе критическое значение длины саркомера равно 3,65 мкм. Оно соответствует максимальному удлинению мышцы. При максимальном растяжении саркомера перекрытия толстых и тонких филаментов нет, поэтому сила уменьшается до нуля. Если длина саркомера находится в интервале от 1,27 мкм до 3,65 мкм, значение силы отличается от нуля. Максимальная сила, которую способен развить саркомер, соответствует значениям его длины — от 1,67 до 2,25 мкм. Жесткость материала — характеристика тела, отражающая его сопротивление изменению формы при деформирующих воздействиях В. Чем больше жесткость тела, тем меньше оно деформируется под воздействием силы. Закон Гука гласит, что сила упругости, возникающая при растяжении или сжатии тела, пропорциональна его удлинению. Жесткость материала характеризуется коэффициентом жесткости k. Жесткость линейной упругой системы, например, пружины, есть величина постоянная на всем участке деформации. В отличие от пружины, мышца представляет собой систему с нелинейными свойствами. Это связано с тем, что структура мышцы очень сложна. Поэтому для мышцы зависимость силы от удлинения будет отлична от закона Гука. Возникающая в мышце сила упругости не пропорциональна удлинению. Вначале мышца растягивается легко, а затем даже для небольшого ее растяжения необходимо прикладывать все большую силу. Поэтому часто мышцу сравнивают с трикотажным шарфом, который вначале легко растягивается, а затем становится практически нерастяжимым. Иными словами, жесткость мышцы с ее удлинением возрастает. Из этого следует, что мышца представляет собой систему, обладающую переменной жесткостью. В этом случае коэффициент жесткости k равен первой производной силы по деформации материала. Установлено, что жесткость активной мышцы в раз больше жесткости пассивной мышцы. Значения коэффициента жесткости мышц-сгибателей стопы у представителей различных видов спорта. При этом часть механической энергии переходит в другие виды, главным образом в тепло В. Это свойство сократительного аппарата мышцы вызывает потери энергии при мышечном сокращении, идущие на преодоление вязкого трения. Предполагается, что трение возникает между нитями актина и миозина при сокращении мышцы. Кроме того, трение возникает между возбужденными и невозбужденными волокнами мышцы. Поэтому, если возбуждены все волокна, трение должно быть меньше. Показано, что при сильном возбуждении мышцы, ее вязкость резко уменьшается Г. Если же мы имеем дело с упруговязким материалом мышцей , кривые окажутся неидентичными. Площадь фигуры, заключенной между кривыми 1 и 2, отражает потери энергии на трение. Вы знаете, что при выполнении физических упражнений температура мышц повышается. Повышение температуры мышц связано с наличием у мышц вязкости. Результатом наличия вязкости происходят потери энергии мышечного сокращения на трение. Разогрев мышц разминка приводит к тому, что вязкость мышц уменьшается. Прочностью материала называют его способность сопротивляться разрушению под действием внешних сил И. Прочность материала характеризуют пределом прочности — отношением нагрузки, необходимой для полного разрыва разрушения испытуемого образца , к площади его поперечного сечения в месте разрыва. Предел прочности мышцы оценивается значением растягивающей силы, при которой происходит ее разрыв. На прочность связок и сухожилий влияет уровень гормонов. Показано, что систематическое введение гормонов может привести к значительному уменьшению их прочности. Значительно снижает прочность связок и сухожилий иммобилизация. И, наоборот, при исследовании животных была найдена связь между уровнем физической активности и прочностью сухожилий и связок. Показано, что в подавляющем большинстве случаев прочность сухожилий более высока, чем прочность их прикрепления к костям. Поэтому при травмах сухожилий они не разрываются, а отрываются от места прикрепления. Следует учитывать также, что в процессе тренировок прочность сухожилий и связок увеличивается сравнительно медленно. При форсированном развитии скоростно-силовых качеств мышц может возникнуть несоответствие между возросшими скоростно-силовыми возможностями мышечного аппарата и недостаточной прочностью сухожилий и связок. Это грозит потенциальными травмами А. Релаксация мышц — свойство, проявляющееся в уменьшении с течением времени силы тяги при постоянной длине. Для оценки релаксации используют показатель — время релаксации, то есть отрезок времени, в течение которого натяжение мышцы уменьшается в е раз от первоначального значения. Многочисленными исследованиями установлено, что высота выпрыгивания вверх с места зависит от длительности паузы между приседанием и отталкиванием. Чем больше эта пауза изометрический режим работы мышц , тем меньше сила их тяги и, как следствие, высота выпрыгивания, табл. Таким образом, релаксация мышц приводит к уменьшению высоты выпрыгивания. Очень часто для того, чтобы понять механизм работы объекта, его заменяют адекватной моделью. Модель — образ объекта, который содержит его характерные черты. Вначале предполагали, что мышца может моделироваться системой, состоящей из двух компонентов: Сократительный активный элемент уподоблялся демпфирующему компоненту. Пассивный элемент представлялся упругим компонентом. Хилл предложил модель мышцы, состоящую из трех компонентов рис. В первой лекции при описании макроструктуры скелетных мышц были выделены три компонента: Мышечные волокна характеризуются высокой вязкостью, поэтому в модели их имитируют демпфером. Вязкая жидкость характеризуется прямой пропорциональностью между напряжением и скоростью деформации. Этот элемент в модели носит название сократительного компонента СокК. Второй компонент — фасция, которой окружена мышца, а также соединительно-тканные образования, окружающие мышечные пучки, мышечные волокна, миофибриллы и т. В этом компоненте наиболее выражены упругие свойства мышц. Так как этот компонент расположен параллельно мышечным волокнам, он получил название параллельный упругий компонент ПаУК. В модели он имитируется пружиной с нелинейной зависимостью между силой и удлинением. Третий компонент — сухожилие. В этом компоненте также преобладают упругие свойства, однако, жесткость этого компонента больше, чем у параллельного упругого компонента напоминаем, что жесткость — это коэффициент пропорциональности между силой и удлинением пружины. Чем выше жесткость, тем больше сила упругости, возникающая при растяжении деформации тела. Мышечные волокна переходят в сухожилия, то есть этот компонент расположен последовательно относительно сократительного компонента, поэтому он называется последовательным упругим компонентом ПоУК. В модели он также имитируется пружиной с нелинейной зависимостью между силой и удлинением. Физкультура и спорт, Издательский центр "Академия", Биомеханические свойства мышц Биомеханические свойства скелетных мышц — это характеристики, которые регистрируют при механическом воздействии на мышцу. К биомеханическим свойствам мышц относятся: Сократимость Сократимость — способность мышцы укорачиваться при возбуждении, в результате чего возникает сила тяги. Жесткость Жесткость материала — характеристика тела, отражающая его сопротивление изменению формы при деформирующих воздействиях В. Трехкомпонентная модель мышцы Рекомендуемая литература.
Двигательная деятельность человека происходит при помощи мышечной ткани, обладающей сократительными структурами. Работа мышц осуществляется благодаря сокращению укорачиванию с утолщением миофибрилл, которые находятся в мышечных клетках. Работа мышц осуществляется посредством их присоединения к скелету при помощи сухожилий. К биомеханическим свойствам мышц относят сократимость, упругость, жесткость, прочность и релаксацию. Сократимость — это способность мышцы сокращаться при возбуждении. В результате сокращения происходит укорочение мышцы и возникает сила тяги. Упругость мышцы состоит в ее способности восстанавливать первоначальную длину после устранения деформирующей силы. Существование упругих свойств объясняется тем, что при растяжении в мышце возникает энергия упругой деформации. При этом мышцу можно сравнить с пружиной: Это явление широко используется в спорте. Например, в хлесте предварительно растягиваются и параллельный, и последовательный упругий компонент мышц, чем накапливается энергия. Запасенная таким образом энергия в финальной части движения толкания, метания и т. Аналогия мышцы с пружиной позволяет применить к ее работе закон Гука, согласно которому удлинение пружины нелинейно зависит от величины растягивающей силы. Жесткость — это способность противодействовать прикладываемым силам. Коэффициент жесткости определяется как отношение приращения восстанавливающей силы к приращению длины мышцы под действием внешней силы: Величина, обратная жесткости, называется податливостью мышцы. Прочность мышцы оценивается величиной растягивающей силы, при которой происходит разрыв мышцы. Сила, при которой происходит разрыв мышцы составляет от 0. Однако, при очень быстрых движениях возможен разрыв более прочного сухожилия, а мышца остается целой, успев самортизировать. Релаксация — свойство мышца, проявляющееся в постепенном уменьшении силы тяги при постоянной длине мышцы. Релаксация проявляется, например, при прыжке вверх, если во время глубокого приседа спортсмен делает паузу. Чем пауза длительнее, тем сила отталкивания и высота выпрыгивания меньше. Существует два вида группового взаимодействия мышц: Мышцы-синергисты перемещают звенья тела в одном направлении. Например, при сгибании руки в локтевом суставе участвуют двуглавая мышца плеча, плечевая и плече-лучевая мышцы и т. Результатом синергического взаимодействия мышц служит увеличение результирующей силы действия. При наличии травмы, а также при локальном утомлении какой-либо мышцы ее синергисты обеспечивают выполнение двигательного действия. Мышцы-антагонисты имеют, наоборот, разнонаправленное действие. Так, если одна из них выполняет преодолевающую работу, то другая — уступающую. Механические свойства костей определяются их разнообразными функциями; кроме двигательной, они выполняют защитную и опорную функции. Так кости черепа и грудной клетки защищают внутренние органы, а кости позвоночника и конечностей выполняют опорную функцию. Выделяют 4 вида механического воздействия на кость: Установлено, что прочность кости на растяжение почти равна прочности чугуна. При сжатии прочность костей еще выше. Самая массивная кость — большеберцовая основная кость бедра выдерживает силу сжатия в 16—18 кН. Менее прочны кости на изгиб и кручение. Однако регулярные тренировки приводят к гипертрофии костей. Так, у штангистов утолщаются кости ног и позвоночника, у теннисистов — кости предплечья и т. Механические свойства суставов зависят от их строения. Суставная поверхность смачивается синовиальной жидкостью, которую хранит суставная сумка. Синовиальная жидкость обеспечивает уменьшение трения в суставе примерно в 20 раз. При этом при снижении нагрузки на сустав жидкость поглощается губчатыми образованиями сустава, а при увеличении нагрузки она выжимается для смачивания поверхности сустава и уменьшения коэффициента трения. Геометрия масс тела распределение масс тела характеризуется такими показателями, как вес масса отдельных звеньев тела, положение центров масс отдельных звеньев и всего тела, моменты инерции и др. Общий центр масс тела человека — Вес отдельных звеньев тела зависит от веса тела в целом. Приближенные величины относительного веса звеньев тела. Например, если человек, весивший 60 кг, затем, поправившись, стал весить 90 кг, то это не означает, что все звенья его тела, в частности стопы, кисти, голова, стали тоже в 1,5 раза тяжелее. Более точно можно определить вес отдельных звеньев тела, использовав уравнения регрессии, приведенные в табл. Центр масс твердого тела является вполне определенной фиксированной точкой, не изменяющей своего положения относительно тела. Центр масс системы тел может менять свое положение, если изменяются расстояния между точками этой системы. В биомеханике различают центры масс отдельных звеньев тела например, голени или предплечья и центр масс всего тела. У человека, стоящего в основной стойке, горизонтальная плоскость, проходящая через ОЦМ, находится примерно на уровне второго крестцового позвонка. При изменении позы ОЦМ тела, естественно, смещается и в некоторых случаях, в частности при наклонах вперед и назад, может находиться вне тела человека. Чтобы определить положение ОЦМ тела, используют либо экспериментальные, либо расчетные методы. Составные движения в биокинематичеких цепях. Составное движение образуется из нескольких составляющих движений звеньев в сочленениях биокинематической цепи. В простейших случаях в механике складываются два поступательных движения двух тел. Когда в составном движений принимают участие два тела, то обычно составляющие движения называют переносными и относительными. Платформа как бы переносит на себе движение по ней груза; движение платформы переносное. Движение же груза по платформе относительно системы отсчета, связанной с самой платформой, относительное. Тогда движение груза в неподвижной системе отсчета Земля результирующее: В теле человека таких движений не бывает, так как почти во всех суставах звенья движутся вокруг осей сочленений. Несущее движение например, мах бедром при выносе ноги в беге изменяет несомое сгибание голени. При движениях в незамкнутой кинематической цепи угловые перемещения, скорости и ускорения, если они направлены в одну сторону, складываются. Разнонаправленные движения не складываются, а вычитаются суммируются алгебраически. Сложнее составные движения, в которых составляющие движения вращательные по дуге окружности и поступательные вдоль радиуса. В составном движении, образованном из вращательных составляющих движений в биокинематической цепи , вследствие суммирования равнонаправленных и вычитания разнонаправленных движений в разных суставах всегда происходит прибавление движения и вдоль радиуса поступательное. Значит, биокинематическая цепь по прямой линии — от ее начала до конца укорачивается или удлиняется например, при махе рукой, ногой в прыжках. Биомеханическая характеристика силовых качеств. В биомеханике силой действия человека называется сила воздействия его на внешнее физическое окружение, передаваемая через рабочие точки своего тела. Примером могут быть сила давления на опору, сила тяги за рукоятку станового динамометра и т. Сила — это мера механического действия одного тела на другое Численно она определяется произведением массы тела на его ускорение, вызванное данной силой:. Момент силы — это мера вращающего действия силы на тело. Сила действия человека СДЧ , как и всякая другая сила, может быть представлена в виде вектора и определена указанием: Сила действия человека зависит от состояния данного человека и его волевых усилий, то есть стремления проявить ту или иную величину силы, в частности максимальную силу, а также от внешних условий, в частности от параметров двигательных заданий. Понятие о силовых качествах. Силовые качества характеризуются максимальными величинами силы действия F mm , которую может проявить тот или иной человек. Наиболее распространенной является следующая классификация силовых качеств:. Силовые качества Условия проявления. Собственно-силовые Статический режим и медленные статическая сила движения. Сила действия человека и сила мышц. Сила действия человека непосредственно зависит от сил тяги мышц, то есть сил, с которыми отдельные мышцы тянут за костные рычаги. Однако между натяжением той или иной мышцы и силой действия нет однозначного соответствия. Это объясняется, во-первых, тем, что почти любое движение происходит в результате сокращения большого числа мышечных групп; сила действия — итог их совместной активности; и, во-вторых, тем, что при изменении суставных углов меняются условия тяги мышц за кость, в частности плечи сил мышечной тяги. Биомеханическая характеристика скоростных качеств. Скоростные качества характеризуются способностью человека совершать двигательные действия в минимальный для данных условий отрезок времени. При этом предполагается, что выполнение задания длится небольшое время и утомление не возникает. Принято выделять три основные элементарные разновидности проявления скоростных качеств:. Между показателями скорости одиночного движения, частоты движений и латентного времени реакции у разных людей корреляция очень мала. Например, можно отличаться очень быстрой реакцией и быть относительно медленным в движениях и наоборот. Имея это в виду, говорят, что элементарные разновидности скоростных качеств относительно независимы друг от друга. В практике приходится обычно встречаться с комплексным проявлением скоростных качеств. Так, в спринтерском беге результат зависит от времени реакции на старте, скорости отдельных движений отталкивания, сведения бедер в безопорной фазе и частоты шагов. Скорость, достигаемая в целостном сложнокоординированном движении, зависит не только от скоростных качеств спортсмена, но и от других причин например, скорость бега — от длины шагов, а та, в свою очередь, от длины ног, силы и техники отталкивания , поэтому она лишь косвенно характеризует скоростные качества, и при детальном анализе именно элементарные формы проявления скоростных качеств оказываются наиболее показательными. Главная Опубликовать работу О сайте. Сохрани ссылку на реферат в одной из сетей: Механические свойства мышц Двигательная деятельность человека происходит при помощи мышечной ткани, обладающей сократительными структурами. Геометрия масс тела Геометрия масс тела распределение масс тела характеризуется такими показателями, как вес масса отдельных звеньев тела, положение центров масс отдельных звеньев и всего тела, моменты инерции и др. Составные движения в биокинематичеких цепях Составное движение образуется из нескольких составляющих движений звеньев в сочленениях биокинематической цепи. Сложнее составные движения, в которых составляющие движения вращательные по дуге окружности и поступательные вдоль радиуса В составном движении, образованном из вращательных составляющих движений в биокинематической цепи , вследствие суммирования равнонаправленных и вычитания разнонаправленных движений в разных суставах всегда происходит прибавление движения и вдоль радиуса поступательное. Биомеханическая характеристика силовых качеств В биомеханике силой действия человека называется сила воздействия его на внешнее физическое окружение, передаваемая через рабочие точки своего тела. Сила — это мера механического действия одного тела на другое Численно она определяется произведением массы тела на его ускорение, вызванное данной силой: Момент силы — это мера вращающего действия силы на тело Сила действия человека СДЧ , как и всякая другая сила, может быть представлена в виде вектора и определена указанием: Понятие о силовых качествах Силовые качества характеризуются максимальными величинами силы действия F mm , которую может проявить тот или иной человек. Наиболее распространенной является следующая классификация силовых качеств: Силовые качества Условия проявления 1. Собственно-силовые Статический режим и медленные статическая сила движения 2. Это объясняется, во-первых, тем, что почти любое движение происходит в результате сокращения большого числа мышечных групп; сила действия — итог их совместной активности; и, во-вторых, тем, что при изменении суставных углов меняются условия тяги мышц за кость, в частности плечи сил мышечной тяги Биомеханическая характеристика скоростных качеств Скоростные качества характеризуются способностью человека совершать двигательные действия в минимальный для данных условий отрезок времени. Принято выделять три основные элементарные разновидности проявления скоростных качеств:
Пословицы о чтении
Как продлить лицензию касперского
Приглашение на работу в порядке перевода
Волосы лучше стричь на растущую луну
Бюро занятости уфа