Настольная книга остеопата. Основы биомеханики движения тела - страница 25
Как мы только что увидели, анализ линейных сил, исходя из мнимо существующего равновесия (статика), может вести к неточностям. Как только возникает ускорение, на арену выходят новые силы, которыми мы до этого пренебрегали. Аналогичным образом угловое ускорение костного рычага, вращающегося вокруг суставной оси, также создает новые силы, которые усложняют анализ и выводят его далеко за рамки того, что мы можем охватить в такой базовой биомеханической единице. Сегмент может вращаться вокруг оси с постоянной скоростью (углы в единицу времени). Хотя величина угловой скорости сегмента может быть постоянной, направление таким не будет никогда.
Векторы направления угловой скорости (V>1 и V>2) всегда будут располагаться по касательной к дуге движения (или перпендикулярно движущемуся сегменту), как это показано на рис. 2.23.
Рис. 2.23.Хотя величина угловой скорости (V>1, V>2) может быть постоянной, направление угловой скорости вращающегося сегмента конечности меняется по мере продвижения конечности вокруг оси. Угловая скорость всегда направлена по касательной к дуге движения
Постоянно меняющийся вектор угловой скорости, если не принимать его во внимание, может сделать анализ неточным. Когда момент вращения (количество вращения объекта) будет обсуждаться позже (параграф 2.8. п. 2.8.1), мы еще раз напомним читателю, что простой статический анализ приводит к недооценке сил, действующих на рассматриваемый нами рычаг.
2.5.2. Расхождение сустава в линейной системе сил
Знание принципов законов Ньютона и линейных систем сил может использоваться для того, чтобы понять, как скелетная тяга вызывает расхождение сустава. На рис. 2.24 показана тяга, приложенная к ноге. Мы покажем, как подвешивание 4,5-килограммового груза к этой системе блока вызывает расхождение большой берцовой кости и бедренной кости в коленном суставе. Внимательно следим за каждой силой так, как они будут описаны.
Рис. 2.24.Тяга стопы, создающая несколько сил, результатом чего является расхождение в коленном суставе: СвК — связки колена; СтН — сила тяжесть ноги
Начнем с предположения, что предметы на рис. 2.24 находятся в равновесии. Так как мы выбрали 4,5-килограммовый вес, подвешенный на веревке, мы знаем, что на него действует сила тяжести (СТ) равная -4,5 кг и направленная вниз. Чтобы вес находился в равновесии, на груз должна действовать сила, равная +4,5 кг, исходящая откуда-либо и находящаяся в контакте с весом. Поскольку единственным предметом, касающимся груза, является веревка, то это должна быть сила в +4,5 кг, «веревка-груз» (ВГ). ВГ должна иметь силу реакции «груз-веревка» (ГВ), равную по величине и противоположную по направлению ВГ (-4,5 кг). Предположим, что у нас имеется система блока без трения, натяжение веревки в которой равномерно по всей ее длине, т. е. сила, действующая на каждом конце веревки, одинакова. Поскольку ГВ представляет собой тягу веса, или натяжение (Т>4) вертикального сегмента веревки, равный вектор натяжения (Т>2) должен иметься на другом ее конце. Для того чтобы создать натяжение на обоих концах веревки, Т>2 должен быть приложен в направлении, противоположном Т>г Если учесть, что блок изменяет направление действия силы, Т>2 в этом случае является горизонтальным и направлен влево (с силой в 4,5 кг). Если бы веревка не «огибала» блок, то Т>4 и Т>2 были бы прямо противоположными.
Поскольку мы знаем, что Т>2 существует, мы должны идентифицировать ее по имени. Сила Т>2 должна исходить из чего-либо, что находится в контакте с горизонтальным сегментом веревки. Как петля, так и блок может только «тянуть» веревку («толчок» веревки вызовет только ее провисание). Так как тяга всегда направлена к ее источнику, то тягу влево может осуществлять только петля. Для упрощения мы будем рассматривать петлю и ногу, как один жесткий объект, называемый ногой. Соответственно Т>2 должна называться «нога-веревка» (НВ) и иметь, как и вектор Т>2, величину в -4,5 кг. «Нога-веревка» имеет парную силу реакции «веревка-нога» (ВН), действующую на ногу с величиной в +4,5 кг.
Голень со стопой находится в контакте с силой тяжести (СТ), связками колена и веревкой. Силу, развиваемую веревкой, мы уже распознали. Вектор СТ направлен вниз и не находится в одной линии с ВН. Вектор СТ не является частью линейной системы сил вместе с ВН, и им можно пренебречь. Мы будем рассматривать только горизонтальные силы, действующие на ногу и бедренную кость, которые мы стараемся разделить. Вектор «связки колена-нога» (Св. Н) потенциально может тянуть ногу, создавая силу, направленную влево, которая является частью одной линейной системы с ВН (хотя суставная капсула также является частью связочной силы, действующей на ногу, здесь, для простоты, будут рассматриваться только связки). Если чистым эффектом действия двух сил (Св. Н) и ВН является отсутствие движения (равновесие), силы уравновешены и в сумме дают ноль. Таким образом, величина (Св. Н) должна быть -4,5 кг.