• когда активная мышца укорачивается, (сокращение является концентрическим), она должна перемещать рассматриваемый сегмент в направлении собственной тяги, соответственно, тогда она является мышцей усилия;
• когда активная мышца удлиняется, она сокращается эксцентрически и осуществляет тягу в направлении, противоположном движению сегмента, т. е. оказывает сопротивление и служит средством контроля силы, вызывающей движение (или его замедление);
• когда рычаг находится во вращательном равновесии, мышцы, действующие на рассматриваемый сегмент, не укорачиваются и не удлиняются. Такие мышцы могут выполнять изометрическое сокращение (iso = равный отрезок; metric = длина). В таком случае мышцу усилия и сопротивления выбирать можно произвольно.
2.8.3. Механическое преимущество и его компромиссы
Механическое преимущество. Механическое преимущество (МПР) есть мера эффективности рычага (относительная эффективность силы действия (усилия) по сравнению с силой противодействия (сопротивления)). МПР связано с классификацией рычага и может использоваться для развития союзами релевантности концепции родов рычага. МПР — это отношение плеча усилия к плечу сопротивления, или:
МПР = ПУ и ПС.
Когда плечо усилия (ПУ) больше, чем плечо сопротивления (ПС), МПР > 1, то величина силы действия может быть даже меньше, чем силы противодействия, тем не менее она «победит» (вызовет движение в направлении тяги). Вспомним, что вращающий момент силы действия всегда по определению больше, чем вращающий момент силы противодействия, или:
(УП)(ПУ) > (R)(ПС)
Когда ПУ больше, чем ПС (как в случае, если МПР > 1), то УП может быть меньше, чем R и все же создаст больший момент. Чем больше отношение ПУ/ПУ, тем меньшей может быть УП по сравнению с R, и все же она будет «выигрывать». Преимущество рычага с МПР большим, чем 1, попросту говорит о том, что сила действия может преодолеть сопротивление, расходуя на это гораздо меньше усилий, чем тратится на сопротивление.
В примере, показанном на рис. 2.39, УПУ была представлена вектором СТСШ, действующим на расстоянии 11,7 см от оси. R представляла собой силу бицепса, действующую на расстоянии 2,5 см от оси. Таким образом:
МПР = 29,6 см ÷ 2,5 см ~= 12 см.
Сегмент «предплечье/кисть», рычаг второго рода, был эффективен, потому что ему требовалось только 6,8 кг силы СТСШ для преодоления 54 кг силы, развиваемой двуглавой мышцей плеча. Рычаг второго рода (ПУ и ПС) эффективен всегда, иначе говоря, его МПР всегда больше 1, хотя величина МПР может изменяться в зависимости от рычага и сил, на него действующих. Здесь следует отметить, что МПР определяется длинами плеч рычага, но не величиной усилия и сопротивления. Хотя в рычаге второго рода сила действия может быть меньше силы противодействия, она не обязательно должна быть таковой. Так, если бы СТСШ на рис. 2.39 имела бы величину в 68 кг, а ОСм оставалась бы равной 54 кг, СТСШ все равно создавала бы больший момент (еще как больший!) и по-прежнему оставалась бы силой действия. Механическое же преимущество рычага было бы по-прежнему равно 11,7.