Номер 2, страница 206 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

2. Подготовьте доклад на тему «Рычаги в организмах человека и животных». Обсудите свои доклады и результаты 1-го задания в классе.

Доклад на тему «Рычаги в организмах человека и животных»

Введение: Биомеханика и рычаги

Опорно-двигательный аппарат человека и животных представляет собой сложную биомеханическую систему. Многие движения, которые мы совершаем, от ходьбы до удержания предметов, подчиняются законам механики, в частности, принципу действия рычага. В этой системе кости выполняют роль рычагов, суставы — точек опоры (осей вращения), а сокращение мышц создает движущую силу. Работа этих рычагов описывается правилом моментов: для равновесия рычага необходимо, чтобы момент силы, вращающий его по часовой стрелке, был равен моменту силы, вращающему его против часовой стрелки. Момент силы $M$ равен произведению силы $F$ на ее плечо $l$ (кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы): $M = F \cdot l$. Условие равновесия рычага можно записать как $F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$, где $F_1$ и $F_2$ – силы, а $l_1$ и $l_2$ – их плечи.

Классификация рычагов

В биомеханике, как и в физике, различают три рода рычагов:

Рычаг первого рода (рычаг равновесия): Точка опоры (сустав) находится между точкой приложения движущей силы (мышцы) и точкой приложения силы сопротивления (вес части тела или груза). Этот тип рычага может давать выигрыш в силе, в расстоянии или не давать ни того, ни другого, служа лишь для изменения направления силы.

Рычаг второго рода (рычаг силы): Точка приложения силы сопротивления находится между точкой опоры и точкой приложения движущей силы. Этот рычаг всегда дает выигрыш в силе, так как плечо движущей силы всегда больше плеча силы сопротивления. Однако это сопровождается проигрышем в расстоянии и скорости.

Рычаг третьего рода (рычаг скорости): Точка приложения движущей силы находится между точкой опоры и точкой приложения силы сопротивления. Такой рычаг всегда дает проигрыш в силе, но обеспечивает значительный выигрыш в скорости движения и расстоянии, которое проходит конец рычага. Этот тип рычагов наиболее распространен в опорно-двигательном аппарате.

Рычаги в организме человека

Пример рычага первого рода: Классический пример — работа головы. Точкой опоры служит атланто-затылочный сустав (сочленение черепа с первым шейным позвонком). По одну сторону от опоры действует сила тяжести головы, а по другую — сила мышц задней части шеи, удерживающих голову в равновесии или разгибающих ее.

Пример рычага второго рода: Стопа человека при подъеме на цыпочки. Точкой опоры являются суставы пальцев стопы, опирающихся о поверхность. Сила сопротивления — это вес тела, передающийся через кости голени на стопу. Движущая сила создается икроножной мышцей, которая прикреплена к пяточной кости. Этот рычаг позволяет приподнимать вес всего тела со значительным выигрышем в силе.

Пример рычага третьего рода: Работа руки при сгибании в локте. Локтевой сустав является точкой опоры. Движущая сила создается двуглавой мышцей плеча (бицепсом), которая крепится к лучевой кости предплечья очень близко к суставу. Сила сопротивления — это вес предплечья и кисти, а также любого груза, который находится в руке. Несмотря на проигрыш в силе (бицепсу приходится развивать усилие, в несколько раз превышающее вес груза), такая система позволяет совершать быстрые и размашистые движения рукой.

Рычаги в организмах животных

Пример рычага первого рода: Челюсти многих хищников, например, крокодила или собаки, могут рассматриваться как рычаги первого рода. Челюстной сустав — точка опоры. Мощные жевательные мышцы, приложенные за суставом, создают сжимающую силу, а сопротивление (добыча) находится спереди от сустава.

Пример рычага второго рода: Этот тип рычага встречается реже. Примером может служить нижняя челюсть у некоторых травоядных животных при пережевывании твердой пищи. Если точка приложения силы жевательной мышцы находится дальше от сустава, чем перетираемая пища, то возникает выигрыш в силе, необходимый для измельчения растительных волокон.

Пример рычага третьего рода: Конечности большинства быстро бегающих животных (лошадей, гепардов, антилоп) являются яркими примерами рычагов скорости. Мышцы прикрепляются к костям очень близко к суставам, что при длинных костях конечностей дает огромный выигрыш в скорости перемещения дистальной части ноги. Это позволяет животным развивать высокую скорость бега. Клешня краба или омара — еще один пример, где сила мышцы приложена близко к суставу, что позволяет клешне быстро щелкать.

Заключение

Рычажные системы в скелетах живых организмов являются продуктом длительной эволюционной адаптации к конкретным условиям существования и образу жизни. Преобладание в теле человека и животных рычагов третьего рода (рычагов скорости) объясняется тем, что для выживания (охота, бегство от хищника) часто важнее скорость и амплитуда движений, чем способность развивать максимальную силу. Изучение принципов биомеханики рычагов имеет огромное практическое значение для медицины (травматология, ортопедия, разработка протезов), эргономики и спорта, позволяя оптимизировать движения, предотвращать травмы и повышать эффективность физической деятельности.

Ответ:

Доклад на тему «Рычаги в организмах человека и животных» подготовлен. Он включает введение в биомеханику рычагов, их классификацию, а также примеры из анатомии человека и зоологии, соответствующие заданию.