Номер 4, страница 158, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 9. Простые механизмы. «золотое правило» механики. Параграф 87. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 4, страница 158.

Условие.

• Рычаги в человеческом теле.

Решение.

Опорно-двигательный аппарат человека представляет собой систему рычагов, где кости выступают в роли самих рычагов, суставы — в роли точек опоры, а мышцы создают тяговое усилие. Движение в суставе происходит под действием момента силы, создаваемого мышцей, который преодолевает момент силы тяжести (веса) части тела и возможной внешней нагрузки. Условие равновесия рычага описывается формулой: $F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$, где $F_1$ — приложенная сила (сила мышцы), $l_1$ — плечо этой силы, $F_2$ — сила сопротивления (вес), а $l_2$ — плечо силы сопротивления. В биомеханике человеческого тела встречаются все три рода рычагов.

Рычаги первого рода

В рычагах первого рода точка опоры (сустав) располагается между точкой приложения мышечной силы и точкой приложения силы сопротивления (веса). Такие рычаги могут давать выигрыш в силе или в скорости, в зависимости от соотношения плеч сил, но чаще всего они служат для поддержания равновесия. Классическим примером является работа атланто-затылочного сустава, соединяющего череп с позвоночником.
Точка опоры: атланто-затылочный сустав.
Сила сопротивления: вес головы, который тянет ее переднюю часть вниз.
Приложенная сила: сила мышц задней части шеи, которые тянут затылок назад, удерживая голову в равновесии.
Этот механизм позволяет нам кивать и удерживать голову в вертикальном положении.

Ответ: Рычаг первого рода — это рычаг равновесия, у которого точка опоры находится между точками приложения силы и сопротивления. Пример в теле человека — череп, который балансирует на первом шейном позвонке.

Рычаги второго рода

В рычагах второго рода точка приложения силы сопротивления находится между точкой опоры и точкой приложения мышечной силы. Такие рычаги всегда дают выигрыш в силе, так как плечо приложенной силы всегда больше плеча силы сопротивления ($l_1 > l_2$). В теле человека они встречаются редко. Основным примером является стопа при подъеме на носки.
Точка опоры: суставы пальцев стопы, опирающиеся на поверхность.
Сила сопротивления: вес всего тела, передающийся через голеностопный сустав на кости стопы.
Приложенная сила: сила икроножной мышцы, которая через ахиллово сухожилие тянет пяточную кость вверх.
Благодаря такому устройству мы можем приподнимать вес всего тела с относительно меньшим усилием мышц голени.

Ответ: Рычаг второго рода — это рычаг силы, у которого сила сопротивления находится между точкой опоры и точкой приложения силы. Пример в теле человека — работа стопы при подъеме на носки.

Рычаги третьего рода

В рычагах третьего рода точка приложения мышечной силы находится между точкой опоры и точкой приложения силы сопротивления. Этот тип рычагов является самым распространенным в теле человека. Они всегда приводят к проигрышу в силе ($l_1 < l_2$), то есть мышцам приходится развивать усилие, значительно превышающее вес перемещаемого груза. Однако такой проигрыш в силе компенсируется значительным выигрышем в скорости и расстоянии перемещения конца рычага (например, кисти). Типичный пример — работа руки при сгибании в локтевом суставе.
Точка опоры: локтевой сустав.
Приложенная сила: сила двуглавой мышцы плеча (бицепса), прикрепленной к лучевой кости предплечья.
Сила сопротивления: вес предплечья, кисти и любого предмета в руке, приложенная к центру тяжести этой системы.
Даже небольшое сокращение бицепса вызывает быстрое и размашистое движение кисти, что критически важно для большинства бытовых и спортивных действий.

Ответ: Рычаг третьего рода — это рычаг скорости, у которого точка приложения силы находится между точкой опоры и силой сопротивления. Это самый частый тип рычага в теле человека, пример — сгибание предплечья в локтевом суставе.