2. Рычаги в опорно-двигательном аппарате человека: череп, как пример рычага первого рода (рычага равновесия), нижняя челюсть как пример рычага второго рода (рычага скорости).

Опорно-двигательный аппарат человека состоит из сочлененных между собой костей скелета, к которым в определенных точках прикрепляются мышцы. Кости скелета действуют как простейшие механизмы -рычаги, которые имеют точку опоры в суставах и приводятся в движение силой тяги, возникающей при сокращении мышц.

В механике рычагом называется твердое тело (обычно прямой стержень), имеющее ось вращения (точку опоры) к которому приложены силы, создающие моменты сил относительно этой оси.

На рис. 3 показано 2 типа рычагов:

а) рычаг с осью вращения (точкой опоры) между приложенными к нему силами F и R, направленными в одну сторону (такой рычаг называется рычагом I рода);

б) рычаг с осью вращения (точкой опоры) на конце рычага и силами F и R, направленными в разные стороны (рычаг II рода).

F

а) б)

Рис. 3

Пример рычага I рода - череп, рассматриваемый в сагиттальной плоскости (рис. 3, а). Ось О вращения рычага проходит через сочленение черепа с первым позвонком. Спе­реди от точки опоры на относительно коротком плече действует сила тяжести R головы, приложенная в центре масс черепа (несколько по­зади турецкого седла), позади точки опоры — сила тяги F мышц и связок, прикрепленных к затылочной кости. Для равновесия рычага моменты сил F и R относительно оси вращения должны быть равны друг другу, т. е. Fa=Rb (условие равновесия рычага), так как анатомически b <a , то сила тяги F < R.

Примером рычага II рода является нижняя челюсть. Для него точка опоры находится в височно-нижнечелюстном суставе. Одна из сил (обозначим ее F) создается жевательными мышцами. Вторая сила R -сила сопротивления раздавливаемой пищи, сила, действующая на зубы (рис.3, б)¹. Условие равновесия рычага в этом случае:

F1₁ = R1₂ (1)

По формуле (1) легко оценить R:

В этой формуле l₁ - плечо силы F анатомически фиксировано, тогда чем меньше l₂ при F=const, тем больше R. Следовательно, сила действующая на коренные зубы при переработке пищи значительно больше (до 50 кгс = 500 Н) силы, дейс­твующей, например, на резцы (до 10 кгс = 100 Н).

Отметим, что в полости рта при наличии бугорков зуба силы F и R направлены под углом к его продольной оси.

По третьему закону Ньютона равная R по величине сила F_д, действует со стороны зуба на обрабатываемую пищу. Ее обычно называют силой жевательного давления. Поэ­тому различие в значениях R часто определяют как различие в силе жевательного давления.

Естественно, связанные между собой F и R зависят от консистенции пищи. Степень сокращения и развиваемая жевательными мышцами сила регулируются центральной нервной системой, которая получает соответс­твующие сигналы от зрительных, а также тактильных и болевых анализато­ров, имеющихся в большом количестве в тканях пародонта.