Ćwiczenie 16 Rucińska Jowita, lek I

ELEMENTY BIOFIZYKI para 6, grupa 2

I zasada dynamiki Newtona mówi, że jeżeli na ciało pozostające w spoczynku, lub poruszające się ruchem jednostajnym prostoliniowym, nie działa żadna siła, lub działające na nie siły równoważą się, to ciało to nie zmienia swojego stanu: nadal spoczywa lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

II zasada dynamiki Newtona mówi, że jeśli na ciało działa tylko jedna siła, lub działające na nie siły nie równoważą się, to porusza się ono ruchem jednostajnie zmiennym, z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do wartości działającej siły i odwrotnie proporcjonalnym do masy tego ciała. Zasadę tę wyrażamy następującym wzorem:

lub
.

Z tego równania możemy również wyznaczyć definicję jednostki siły: siła ma wartość 1 N, jeżeli ciało o masie 1 kilograma doznaje w wyniku jej działania przyspieszenia równego 1 m/s².

Wektorowy zapis II zasady dynamiki wskazuje, że przyspieszenie ma taki sam kierunek i zwrot jak działająca siła.

III zasada dynamiki Newtona mówi, że jeśli jedno ciało działa na drugie pewną siłą
, to drugie ciało działa na nie siłą reakcji, równą co do wartości sile
, działającą w tym samym kierunku, jednak o przeciwnym zwrocie. Siły te nie równoważą się, ponieważ mają różne punkty przyłożenia. Oznacza to, iż nie jest możliwe istnienie tylko jednej siły. Akcji zawsze towarzyszy reakcja.

Moment siły (moment obrotowy) — M₀ siły F względem punktu O jest to iloczyn wektorowy promienia wodzącego r, o początku w punkcie O i końcu w punkcie przyłożenia siły oraz siły F:

Wektor momentu siły jest wektorem osiowym (pseudowektorem), zaczepiony jest w punkcie O, a jego kierunek jest prostopadły do kierunku płaszczyzny wyznaczonej przez wektor F i promień wodzący r.

Określa się także moment siły względem osi, jest on równy rzutowi wektora momentu siły na tę prostą. Współrzędne M_x, M_y i M_z wektora M₀ nazywają się momentami siły względem odpowiednich osi x, y i z.

Jednostką momentu siły jest Nm (niutonometr). Jednostka ta jest zdefiniowana analogicznie jak dżul, czyli jednostka energii. Aby nie tworzyć nieporozumień, nie nazywa się niutonometra dżulem.

W przypadku dźwigni dwustronnej o nierównych ramionach, pozostanie ona w równowadze, gdy wartości momentów sił przyłożone do obu ramion będą równe, a ściślej, gdy suma wektorów momentów będzie równa zeru:

W przypadku pokazanym na rysunku, gdy siły P₁ i P₂ są prostopadłe do wektorów r₁ i r₂

Zasada dźwigni dwustronnej wykorzystywana jest do stabilizacji kręgosłupa. Tutaj w systemie dźwigni dwustronnych. pracują poszczególne kręgi. W postawie stojącej ciężar tułowia, stanowiący główne obciążenie kręgów, jest równoważony napięciem mięsni prostowników grzbietu. O ile jednak ramie działania siły mięśni prostowników jest stałe i wynosi ok. 5cm (liczac od środka krążka międzykręgowego), o tyle ramie obciążenia łączące środek krążka ze środkiem ciężkości tułowia może się zmieniać, np. w zależności od położenia kkg czy głowy. Z tego wynika im dłuższe ramie działania siły obciążenia tym większa pracę mięśnie prostowniki musza

wykonać.

W układzie dźwigni dwustronnej pracuje również system stabilizujący STAW SKOKOWY.

Dźwignie kostne II typu

Dźwignie tej klasy są najliczniej reprezentowane w układzie ruchu człowieka. W tym

przypadku ramie działania siły mięśniowej jest zawsze krótsze od ramienia obciążenia.

Działanie takiej dźwigni można zilustrować, posługując się przykładem systemu

przedramienia i stawu łokciowego, na który działa m. dwugłowy ramienia.

OS OBROTU: staw łokciowy

Siła obciążenia: siła ciężkości przedramienia, przyłożona mniej więcej w połowie jego

długości

Siła mięśniowa: m. dwugłowy ramienia, jego przyczep końcowy na guzowatości kości

promieniowej

Dźwignie kostne III-go typu

Do tej klasy zaliczamy dźwignie jednostronne, w których ramie przyłożenia siły mięśniowej

jest dłuższe od ramienia siły obciążenia. Taka konfiguracja dźwigni powoduje, ze siła skurczu

mięśni niezbędna do zrównoważenia siły obciążenia jest odpowiednio od niej mniejsza, a

dokładnie tyle razy, ile razy dłuższe jest ramie działania siły mięśniowej w stosunku do

ramienia siły obciążenia. Niewiele tego typu dźwigni występuje w układzie ruchu człowieka.

Taki wyjątek pojawia się w dźwigni przedramienia, w przypadku niedowładu (porażenia)

mięśnia dwugłowego i ramiennego. Wtedy zgięcie w stawie łokciowym można osiągnąć

poprzez skurcz mm synergistycznych: ramienno-promieniowego i prostowników nadgarstka.

---