Рычаги, их характеристики и виды
Рычаг — это твердое тело, имеющее точку опоры и способное вращаться вокруг этой точки — оси вращения; приспособление, служащее для преобразования силы. В рычаге действует, по крайней мере, две силы с противоположными моментами.
Костные рычаги — звенья тела, подвижно соединенные в суставах под действием приложенных сил, могут либо сохранять свое положение, либо изменять его. Они служат для передачи движения и работы на расстояние.
Когда силы приложены по обе стороны от оси (точки опоры) рычага, его называют двуплечим, а когда по одну сторону — одноплечим. Для разных мышц, прикрепленных в разных местах костного звена, рычаг может быть разного рода. В природе существует три рода рычага: рычаги I («весы»), II («тачка») и Ш(«подъемный кран») родов (рис. 1).
Каждый рычаг имеет следующие элементы: — точку опоры (ось вращения, точка 0), — как минимум две силы — точки приложения этих сил (А и В), — плечи рычага (расстояния от точки опоры до точек приложения сил — АО и ВО), — плечи сил (наикратчайшие расстояния от точки опоры до линий действий сил — опущенные на нее перпендикуляры — А'О и 0В'). Мерой действия силы на рычаг служит ее момент относительно точки опоры — вращательный момент. Момент силы определяется произведением силы на плечо этой силы.
Момент силы — это векторная величина. Если сила лежит не в плоскости, перпендикулярной оси, то находят составляющую силы, лежащую в этой плоскости. Она и вызывает момент силы относительно оси. Остальные составляющие на момент силы не влияют (рис. 2).
Когда противоположные относительно оси сустава моменты сил равны, звено либо сохраняет свое положение, либо продолжает движение с постоянной скоростью (моменты сил уравновешены). Если же один из моментов сил больше другого, звено получает ускорение в направлении его действия.
В опорно-двигательном аппарате присутствуют рычаги всех трех родов, причем значительно больше рычагов III рода, рычагов скорости, так как мышцы крепятся в основном вблизи суставов. Таким образом, двигательный аппарат человека по природе своей в большей степени быстрый и ловкий, чем сильный. Кроме этого во всех костных рычагах имеются потери в силе ввиду того, что мышцы крепятся к костям под острым или тупым углом.
В рукопашном бою силой, совершающей работу, является прикладываемое к противнику усилие, а противодействующей силой — усилие противника. Для преодоления противодействующей на рычаге силы необходимо либо увеличить силу, совершающую работу, либо изменить длину плеча, через которое совершается работа. Поскольку силовые возможности почти всегда ограничены, а бой может вестись со значительно превос-ходящим по силам противником, то основным способом работы с помощью рычагов является перемещение точки опоры. В качестве точки опоры могут использоваться любые части тела (своего и противника), а также оружия и подручных средств.
Основы биомеханики мышц
Известно, что мышца управляется центральной нервной системой. Биомеханика рассматривает, что происходит с состоянием и положением мышцы в результате нервных влияний, т. е. связь линейных перемещений концов мышц (кинематика движения) и усилий, развиваемых ею (динамика движения). Механика мышечного сокращения заключается в связи напряжений в мышце с ее деформацией. Для полного описания биомеханических свойств мышц используют следующие определения: жесткость — способность противодействовать прикладываемым силам. Она проявляется как упругость и квазижесткость; релаксация — падение напряжения (натяжения) с течением времени; прочность — понимается как прочность на разрыв. Часто при исследовании механических свойств тела человека и его отдельных элементов не учитывается влияния сухожилий. Сухожилия нередко рассматривают как абсолютно нерастяжимую, гибкую часть мышцы. А сухожилия способны амортизировать резкие толчки и обладают жестко-демпфирующими свойствами.
Прочность сухожилий превышает прочность мышц в 2 раза. Сухожилия человека разрываются в основном в месте крепления к мышцам. Сила, скорость и экономичность движений зависят от того, в какой степени человеку удается использовать биомеханические свойства своего двигательного аппарата. Сила и скорость движения могут быть повышены за счет использования упругих сил, экономичность — за счет использования рекуперации (повторного использования) механической энергии и уменьшения потерь на рассеивание.Кроме того, необходимо знать, что с возрастанием скорости активного сокращения мышцы величина ее предельного напряжения уменьшается и наоборот, т. е. для того чтобы нанести как можно более быстрый (резкий) удар (рукой или ногой), необходимо предварительно как можно больше расслабить ту часть тела, которой этот удар наносится. Создание точки опоры и рациональное использование рычагов тела для полноценного на-правления энергии удара в выбранную точку, а также выключение избыточных степеней свободы в суставах бьющей конечности за счет вращательного движения вдоль длинных рычагов позволяют в полной степени использовать скоростные свойства мышц.
Биомеханические свойства мышц в решающей мере влияют на это. Общеизвестно, что в прыжках вверх с места, выполняемых из приседа после паузы, результат будет ниже, чем в прыжке из приседа без паузы, так как во втором случае используются силы упругой деформации предварительно растянутых мышц. Эта энергия складывается с энергией сокращения мышц. Считается, что рекуперация энергии упругой деформации является основной причиной высокой экономичности бега человека, прыжков кенгуру.
В мышечных и сухожильных структурах может накапливаться значительное количество энергии упругой деформации. Однако накопленная энергия упругой деформации не всегда используется в полной мере. Степень ее использования зависит от условий выполнения движений, в частности, от времени между растяжением и укорочением мышцы. Не-обходимо научиться правильно использовать эту энергию при действиях в рукопашном бою. В процессе тренировок надо учитывать, что механическая прочность сухожилий И связок увеличивается сравнительно медленно. При форсированном развитии скоростно-силовых качеств может возникнуть несоответствие между возросшими скоростно-силовыми возможностями мышечного аппарата и недостаточной прочностью связок и сухожилий. Это грозит потенциальными травмами. Поэтому во время тренировок необходимо обращать внимание на укрепление сухожильно-связочного аппарата. Это достигается объемной тренировочной работой невысокой интенсивности. Желательно, чтобы движения выполнялись с максимально возможной для данного сустава амплитудой и во всех направлениях.
Кроме всего сказанного существует еще одна функция связочно-сус-тавного аппарата, которая реализуется в ходе деятельности мышц. Связки создают своеобразные «связочные браслеты» и «кольца» в области крупных и мелких суставов, особенно там, где функция сустава требует изменения направления мышечной тяги и приложения усилия к тянущему сухожилию: над лодыжками, на запястьях, межфаланговые суставы. Эти «перехваты» образуют подобие механических блоков, перенаправляющих и умножающих мышечное усилие. Снижение упругости связочного аппарата этой области приводит к тому, что сила мышцы используется нерационально, не до конца. Этот резерв можно использовать, искусственно усилив связочное кольцо. Например, если простейшим лейкопластырем усилить (просто обмотать) последовательно плюсневые суставы (в самом широком месте стопы), лодыжечные (сразу над лодыжкой), коленный — сразу выше надколенника, а еще и тугим бинтованием создать простейшее подобие «пояса штангиста», то человек сможет поднять вес, значительно превышающий его обычные способности.