Номер 4, страница 119 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Работа, мощность, энергия. Параграф 32. Рычаг. Темы докладов - номер 4, страница 119.

Условие.

Решение.

Решение

Опорно-двигательный аппарат человека с точки зрения биомеханики представляет собой сложную систему рычагов. В этой системе кости выполняют роль рычагов, суставы — роль точек опоры, а движущей силой являются мышцы, которые, сокращаясь, прикладывают усилие к костям. Силой сопротивления обычно выступает вес части тела или вес внешнего груза.

Основное правило равновесия рычага гласит: рычаг находится в равновесии, когда момент силы, вращающий его по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающему его против часовой стрелки. Момент силы ($\text{M}$) равен произведению модуля силы ($\text{F}$) на ее плечо ($\text{l}$), то есть кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы: $M = F \cdot l$. Таким образом, условие равновесия рычага можно записать как $F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$, где $F_1$ и $F_2$ — приложенные силы, а $l_1$ и $l_2$ — их плечи.

В теле человека встречаются все три типа рычагов.

Рычаги первого рода

У рычагов первого рода точка опоры (О) расположена между точкой приложения силы (F) и точкой приложения силы сопротивления (P). В зависимости от соотношения плеч, эти рычаги могут давать выигрыш в силе, скорости или служить для удержания равновесия.

Пример: Сочленение черепа с позвоночником (атлантозатылочный сустав). Точкой опоры является позвоночник. Силой сопротивления — вес головы, центр тяжести которой смещен вперед. Движущей силой — сила мышц шеи, прикрепленных к затылочной кости сзади. Этот рычаг в основном служит для поддержания равновесия головы.

Рычаги второго рода

У рычагов второго рода точка приложения силы сопротивления (P) находится между точкой опоры (О) и точкой приложения силы (F). Такие рычаги всегда дают выигрыш в силе, так как плечо движущей силы больше плеча силы сопротивления.

Пример: Стопа при подъеме на цыпочки. Точкой опоры служат головки плюсневых костей (основание пальцев). Силой сопротивления является вес тела, передающийся через голеностопный сустав. Движущей силой является сила сокращения икроножной мышцы, прикрепленной через ахиллово сухожилие к пяточной кости. Этот рычаг позволяет поднимать вес всего тела со сравнительно меньшим усилием мышц.

Рычаги третьего рода

У рычагов третьего рода точка приложения силы (F) находится между точкой опоры (О) и точкой приложения силы сопротивления (P). Этот тип рычагов является наиболее распространенным в теле человека. Они дают проигрыш в силе, так как плечо движущей силы всегда короче плеча силы сопротивления. Однако они обеспечивают значительный выигрыш в скорости и расстоянии (амплитуде движения) на конце рычага.

Пример: Сгибание руки в локтевом суставе. Точкой опоры является локтевой сустав. Движущей силой — сила сокращения двуглавой мышцы плеча (бицепса), которая прикрепляется к костям предплечья недалеко от сустава. Силой сопротивления — вес предплечья и кисти, а также любого груза, удерживаемого в руке. Чтобы удержать груз, бицепс должен развить силу, в несколько раз превышающую вес этого груза, но при этом небольшое сокращение мышцы приводит к значительному и быстрому перемещению кисти.

Ответ: В человеческом теле кости, суставы и мышцы образуют систему рычагов, которые позволяют совершать разнообразные движения. Встречаются все три класса рычагов: первого рода (например, череп на позвоночнике), обеспечивающие равновесие; второго рода (например, стопа при подъеме на носки), дающие выигрыш в силе; и третьего рода (например, сгибание руки в локте), которые являются самыми многочисленными и обеспечивают выигрыш в скорости и амплитуде движений ценой проигрыша в силе.