А — растяжение; б — сжатие; в — изгиб; г — кручение (ориг.). На схемах внизу — смещение элементов (по С. Э. Хайкипу)
Нагрузки, обусловливающие растяжение,—это самые характерные нагрузки для мягких тканей. Они возникают, например, при висах (см. рис. 2, а) или во время удержания груза в опущенных руках.
Нагрузки, создающие сжатие костей и хрящей, встречаются чаще всего при вертикальном положении тела на опоре. В этом случае на скелет действуют, с одной стороны, силы тяжести тела и вес внешних отягощений, а с другой —давление опоры (см. рис. 2, б).
Нагрузки, вызывающие изгиб, обычно встречаются, когда кости выполняют роль рычагов. В этих случаях приложенные к ним силы мышц и силы сопротивления направлены поперек костей и вызывают изгиб (см. рис. 2, в).
Наконец, нагрузки, обусловливающие кручение, чаще всего встречаются при вращательных движениях звена вокруг продольной оси (см. рис. 2, г).
По характеру действия различают нагрузки статические и динамические. Первые обычно постоянны по величине и, как правило, относительно невелики. Вторые возникают при движениях1, когда приложены силы инерции; они изменяются и могут нарастать до очень больших величин (например, нагрузки на сжатие после падения с большой высоты, нагрузки на изгиб при ударе). Такие динамические нагрузки, особенно действующие не в обычном направлении (например, при ударе поперек кости), могут превысить запас прочности того или иного звена, тогда произойдет повреждение двигательного аппарата.
Мышцы, суставные сумки, связки, а также хрящи, соединяющие кости скелета, деформируясь, уменьшают действие динамических нагрузок. Особенно большую роль в смягчении этого действия играют благодаря своей упругости мышцы. Если они недостаточно амортизируют нагрузку, то повреждаются связки и хрящи, а иногда даже и кости и сами мышцы.
Кости, как твердые тела, при передаче силвыполняют роль рычагов.
В биомеханике рассматривают в качестве твердых рычагов многие части тела (плечо, бедро и т. д.); считается, что они не изменяют своей длины, не сгибаются и не скручиваются.
Упругие деформации
Упругие деформации возникают в теле под действием нагрузки и исчезают при ее снятии.
Изменение формы (деформация) тел под действием приложенных к ним сил — свойство всех реальных тел2. Абсолютно твердых тел, которые не деформируются ни прикаких условиях, в природене существует.
В случае упругой деформации форма тела после прекращения действия деформирующей силы восстанавливается (например, стальная пружина) в отличие от пластической деформации, которая остается после снятия нагрузки, т. е. прежняя форма уже не восстанавливается (например, сырая глина). Таким образом, упругость — свойство тела самостоятельновосстанавливатьпосле деформации свою форму.
Упругая сила (сила упругого напряжения), противодействуя изменению формы, нарастает и, в конце концов, прекращает деформацию как останавливающая сила — в этот момент она становится равной деформирующей нагрузке. Эта же упругая сила при снятии деформирующей нагрузки восстанавливает прежнюю форму тела как восстанавливающая сила. Напряжение деформированного тела измеряется в килограммах на квадратный сантиметр его сечения3.
Рассмотрим зависимость между деформацией тела и напряжением (на примере мягкой стали). Можно выделить 4 основных варианта:
зона линейной упругости — напряжение прямо пропорционально деформации (идеальная пружина). После разгрузки деформация полностью исчезает;
зона нелинейной упругости — на равные приращения деформации приходятся все меньшие (как у мягкой стали) или все большие (как у мышцы) приращения напряжения; после разгрузки форма тела полностью восстанавливается;
зона пластической деформации — с увеличением деформации напряжение нарастает; после разгрузки форма тела восстанавливается не полностью (остаточная деформация);
зона разрушения — тело начинает разрушаться.
Зоны деформации различны у разных тел. Несколько упрощая, можно сказать, что у каждого тела в определенных условиях одна из зон больше других. Поэтому принято называть тело в зависимости от преобладающей зоны деформации линейно упругим, нелинейно упругим, пластическим или хрупким1. Как было сказано выше, после упругой деформации происходит полное восстановление формы (линия ЛО); после пластической может произойти некоторое ее восстановление (линия БВ), но будет еще остаточная деформация (05).
В пределах малых деформаций упругих тел напряжение пропорционально деформации. Это выражено в законе Гука: s=Еe (линейная упругость) — «растяжение нагруженного тела прямо пропорционально нагрузке». Коэффициент Е (коэффициент пропорциональности) называется модулем Юнга (продольной упругости). Он показывает, насколько изменяется напряжение при деформации данного тела, как тело сопротивляется деформации. Тела, для малых деформаций которых необходимы большие нагрузки, вызывающие большие напряжения, называются жесткими. Например, для чугуна модуль Юнга равен 900 000 кГ/см3; для кожаного ремня — 2000 кГ/см3; для мышцы — от 10 до 120 кГ/см2 и более. Считают, что модуль мышцы может изменяться более чем в 100 раз (приближенные данные).
Мышцы как упругие тела обладают нелинейной упругостью и непременной жесткостью.
СОЕДИНЕНИЯ ЗВЕНЬЕВ
Соединения звеньев в биокинематических цепях обусловливают многообразие возможностей движении. От способа соединения и участия мышц в движениях зависит их направление и размах (пространственная. форма движений).
2.1. Кинематические пары
Кинематическая пара — это подвижное соединение двух звеньев. Способ соединения накладывает ограничения (связи) на относительное движение (степени связи); наличие подвижности в соединении предоставляет звеньям определенные возможности относительного движения (степени свободы движения).
Различают связи: а) геометрические (постоянные препятствия перемещению в каком-либо направлении) и б) кинематические (ограничениескорости, например, мышцей-антагонистом) .
Кинематические пары бывают: а) поступательные— одно звено может перемещаться поступательно по другому (например, боковые движения нижней челюсти); б) вращательные(па-пример, повороты в наиболее распространенных в теле человека цилиндрических и шаровидных суставах); в) винтовые с сочетанием поступательного и вращательного движений (например, в голеностопном суставе).Соединения, допускающие поворот звеньев пары, называют шарнирами.
Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 700;