Siły działające w narządzie ruchu człowieka. Wyznaczanie sił działających na stopę

Z punktu widzenia mechaniki, narząd ruchu człowieka jest układem dźwigni mających punkt podparcia w odpowiednich stawach i poruszających się pod wpływem sił powstających w wyniku skurczu mięśni

Stopa podczas wspinania się na palce jest przykładem dźwigni siły (działanie mniejszą silą na dłuższej drodze).Podczas chodzenia człowiek staje na zmianę na palcach jednej ze stóp. Punkt podparcia tej stopy znajduje się wówczas pod główką kości śródstopia. Na stopę działa w tej pozycji siła reakcji podłoża R (równa ciężarowi człowieka Q), siła z jaką działają mięśnie łydki F_A (powoduje unoszenie ciała i jest przekazywana przez ścięgno Achillesa), oraz siła działająca w stawie skokowym F_S (rys.1).Obliczając sumę momentów sił względem stawu skokowego otrzymamy:

F_A r₂ - Rr₁ = 0, F_A = Rr₁/r_2;, R -F_S + F_A = 0, F_S = R + F_A

W stopie człowieka na ogół: r₁ = 2r₂, wówczas: F_A = 2R = 2Q,

Gdyby człowiek stała na palcach obu stóp ciężar rozłożyłby się równomiernie na obie nogi: R = Q/2 , F_A = Q , F_S = 3/2Q,

Sytuację, gdy człowiek stoi na całej stopie jednej nogi przedstawia rys.2. Mamy wówczas punkty podparcia O₁ i O₂, w których działają siły reakcji podłoża R₁ i R₂. Oczywiście, wartość sumy tych sił jest równa ciężarowi człowieka Q i sile F_S działającej w stawie skokowym.

Jeżeli człowiek stoi na obu nogach (bez wspinania na palce), to oczywiście ¼ R₁ + R₂ = ¼_S = Q/2.

Rys. 1 Siły działające na stopę podczas wspięcia na palce (opis w tekście).

F_A

F_S

r₂

r₁

R = Q

F₁

F₂

F_S

O₂

O₁

Rys. 2 Siły działające na stopę, gdy człowiek stoi na całej stopie. jednej nogi.

---