Опорно-руховий апарат людини

Опорно-рухова система людини являє собою сукупність пов'язаних між собою кісток (зрощених або з'єднаних між собою в суглобах) і м'язів, що кріпляться до кісток, як правило, за допомогою зв'язок.

З точки зору механіки опорно-руховий апарат людини - це система різних важелів. Більшість кістково-м'язових з'єднань влаштовано так, що при їх роботі за рахунок програшу в силі виходить виграш у швидкості переміщення, тобто в організмі людини головну роль відіграють важелі швидкості (на відміну від важелів сили, які забезпечують виграш у силі за рахунок програшу в переміщенні).

Зчленування кісток бувають одноосні, двовісні і тривісні, в залежності від числа взаємно перпендикулярних осей, щодо яких можуть обертатися кістки в суглобі. Багатоланкових з'єднань забезпечує значне збільшення кінематичної рухливості цих сполук (напр., в кистях рук).

6. Динамічна та статична робота людини при різних видах її діяльності.

Внаслідок високого положення центру ваги тіла людини в положенні стоячи і порівняно малою при цьому площі опори, опорно-руховий апарат людини, з точки зору механіки, є вельми нестійкою системою. Зберігати рівновагу стоячій людині вдається за рахунок безперервної роботи м'язів. При русі людини м'язи забезпечують переміщення кісток, тобто виконують роботу. Однак м'язи працюють, підтримуючи рівновагу, і в тому випадку, якщо людина стоїть нерухомо. У зв'язку з цим говорять про динамічну (при русі) і статичну (в нерухомому стані) роботу м'язів.

Механічна робота, яку здатна зробити людина протягом дня, залежить від багатьох факторів, тому важко вказати яку-небудь граничну величину. Це зауваження стосується і до потужності. Так, при короткочасних зусиллях людина може розвивати потужність порядку декількох кіловат. Якщо спортсмен масою 70 кг підстрибує з місця так, що його центр мас піднімається на 1 м по відношенню до нормальної стійки, а фаза відштовхування триває 0,2 с, то він розвиває потужність близько 3,5 кВт.

При ходьбі людина здійснює роботу, так як при цьому енергія витрачається на періодичне невелике підняття тіла і на прискорення і уповільнення кінцівок, головним чином ніг.

Людина масою 75 кг при ходьбі зі швидкістю 5 км/год розвиває потужність близько 60 Вт. Із зростанням швидкості ця потужність швидко збільшується, досягаючи 200 Вт при швидкості 7 км/год. При їзді на велосипеді положення центру мас людини змінюється набагато менше, ніж при ходьбі, а прискорення ніг теж менше. Тому потужність, витрачається при їзді на велосипеді, значно менше: 30 Вт при швидкості 9 км/год, 120 Вт при 18 км/год.

Робота повертається на нуль, якщо переміщення немає. Тому, коли вантаж знаходиться на опорі або підставці або підвішений на нитці, сила тяжіння не виконує роботи. Однак кожному з нас знайома втома м'язів руки і плеча, якщо тримати нерухомо на витягнутій руці гирю або гантель. Точно так само втомлюються м'язи спини і поперекової області, якщо сидячій людині помістити на спину вантаж. В обох випадках вантаж нерухомий і роботи немає. Втома ж свідчить про те, що м'язи здійснюють роботу. Таку роботу називають статичною роботою м'язів.

Статики (нерухомості) такий, як її розуміють в механіці, насправді немає. Відбуваються дуже дрібні і часті, непомітні оку скорочення і розслаблення, і при цьому відбувається робота проти сил тяжкості. Таким чином, статична робота людини насправді є звичайною динамічною роботою.

Робота відбувається не тільки скелетними м'язами. М'яз міокарда безперервно здійснює роботу, перекачуючи по кровоносній системі кров. Гладкі м'язи стінок кишечнику забезпечують його перистальтику і т.д.

7. Ергометрія. Методи та прилади для вимірювання біомеханічних характеристик.

Ергометрія (грец. ergon робота + metreō міряти, вимірювати), метод вимірювання працездатності окремої м'язи або групи м'язів (пальця, ноги тощо) і функціональних змін в організмі під час фізичного навантаження, заснований на виконанні дозованої механічної роботи. Здійснюється за допомогою ергометра.

У клінічній практиці широке поширення одержали:

– гальмівний велосипед або велоергометр (рис.1), який використовують для вимірювання роботи, що здійснюється людиною при обертанні педалей нерухомого велосипеда. Через обід колеса, що обертається 1 перекинута сталева стрічка 2. Сила тертя між стрічкою і ободом колеса вимірюється динамометром 3. Вся робота обстежуваного витрачається на подолання сили тертя (іншими видами робіт нехтуємо). Помноживши довжину кола колеса на силу тертя, знайдемо роботу, що здійснюються при кожному обороті, а знаючи число обертів і час випробування, визначимо повну роботу і середню потужність.

– тредмілергометр (тредміл) - для вимірювання роботи, що здійснюється при ходьбі або бігу по рухомій доріжці.

Регульованими змінними ергометричних установок є частота обертання педалей, величина зусилля, що додається до педалей, швидкість руху доріжки, кут її нахилу.

Ергометрія включає також визначення сили окремих груп м'язів, для чого використовують динамометри.

Дозована м'язова робота на ергометрі з одночасним електрокардіографічним і клінічним наглядом дозволяє визначити фізичну працездатність обстежуваного, оцінити рівень аеробних можливостей організму. Враховуючи, що витрата енергії і динаміка зростання споживання кисню залежать насамперед від інтенсивності роботи, ергометричні дослідження застосовують для непрямої оцінки величини так званого максимального поглинання кисню (МПК). У клінічній практиці ергометри використовується, зокрема, для виявлення прихованих і ранніх форм ішемічної хвороби серця, а також контролю за ефективністю проведеної медикаментозної терапії. У процесі лікування можна визначати поріг переносимості того чи іншого фізичного навантаження, перевищення якого веде до розвитку клінічних та електрокардіографічних ознак ішемії міокарда. Встановлення такого порогу дозволяє дати кількісну характеристику ступеня стійкості хворого до фізичного навантаження, створює можливість відтворюваності результатів дослідження.

Ергометрія може бути застосована для виявлення ефекту дії лікарських препаратів (якісна оцінка дії) і ступеня його прояви (кількісна оцінка). Як відносно простий і інформативний метод ергометрію широко застосовують у спортивній, авіаційній, клінічній та інших розділах медицини.

8. Звукові хвилі.

Акустика (від грецького "акустікос" - слуховий) галузь фізики, в якій вивчаються акустичні хвилі, тобто механічні хвилі, що поширюються в пружних середовищах, з частотами від найнижчих (близьких до 0 Гц) до гранично високих ( Гц), а також процеси їх збудження, розповсюдження та взаємодії з речовиною.

Акустичні хвилі, що викликають у людини слухові відчуття, називаються звуковими, вони мають частоти, що лежать в діапазоні від 16 до 20000 Гц.

У рідких і газоподібних середовищах звукові хвилі є поздовжніми. У твердих тілах вони можуть мати як повздовжню, так і поперечну складові.