Витрувианский человек - именно так называется графическое изображение обнаженного мужчины на знаменитом эскизе Леонардо да Винчи. Его изучают уже на протяжении столетий. Однако ученые уверены, что раскрыты еще не все тайны рисунка.
Леонардо да Винчи: Витрувианский человек (Академическая галерея, Венеция, Италия)
Являясь одной из самых загадочных и неоднозначных фигур своей эпохи, Леонардо да Винчи оставил после себя множество тайн. Их смысл до сих пор тревожит ученые умы всего мира. Одна из таких загадок - Витрувианский человек, карандашный набросок которого бережно хранится веками. И хотя о нем известно немало, но эксперты в области искусства уверены, что большие открытия еще впереди.
Витрувианский человек - это официальное название эскиза Леонардо. Он был сделан им в 1492 году и предназначался для иллюстрирования рукописной книги. Рисунок представляет собой обнаженного мужчину, чье тело вписано в круг и квадрат. Кроме того, изображение имеет двойственность - туловище человека изображено в двух позах, наложенных друг на друга.
Как можно заметить при исследовании рисунка, комбинация расположений рук и ног в действительности даёт две различных позиции. Поза с разведёнными в стороны руками и сведенными вместе ногами оказывается вписанной в квадрат. С другой стороны, поза с раскинутыми в стороны и руками и ногами вписана в окружность. При более детальных исследованиях оказывается, что центром круга является пуп фигуры, а центром квадрата — половые органы.
Дневник да Винчи, для которого предназначался рисунок, именуют «Канон пропорций». Дело в том, что художник верил в некое число «фи», называя его божественным. Он был уверен в присутствии этого числа во всем создаваемом в живой природе. Однако да Винчи пытался добиться выведенной им «божественной пропорции» в архитектуре. Но это так и осталось одной из невоплощенных идей Леонардо. Зато Витрувианский человек полностью изображен в соответствии с «фи», то есть на рисунке - модель идеального существа.
В соответствии с сопроводительными записями Леонардо, он был создан для определения пропорций (мужского) человеческого тела, как оно описано в трактатах античного римского архитектора Витрувия (Vitruvius); к которым Леонардо написал следующие пояснения:
- длина от кончика самого длинного до самого низкого основания из четырёх пальцев равна ладони
- ступня составляет четыре ладони
- локоть составляет шесть ладоней
- высота человека составляет четыре локтя от кончиков пальцев (и соответственно 24 ладони)
- шаг равняется четырём ладоням
- размах человеческих рук равен его росту
- расстояние от линии волос до подбородка составляет 1/10 его высоты
- расстояние от макушки до подбородка составляет 1/8 его высоты
- расстояние от макушки до сосков составляет 1/4 его высоты
- максимум ширины плеч составляет 1/4 его высоты
- расстояние от локтя до кончика руки составляет 1/4 его высоты
- расстояние от локтя до подмышки составляет 1/8 его высоты
- длина руки составляет 2/5 его высоты
- расстояние от подбородка до носа составляет 1/3 длины его лица
- расстояние от линии волос до бровей 1/3 длины его лица
- длина ушей 1/3 длины лица
- пупок является центром окружности
Повторное открытие математических пропорций человеческого тела в XV веке, сделанное да Винчи и другими учёными, стало одним из великих достижений, предшествующих итальянскому ренессансу.
Впоследствии по этой же методике Корбюзье составил свою шкалу пропорционирования — Модулор, повлиявшую на эстетику архитектуры XX века.
Рисунок появился вследствие изучения итальянским мастером работ Витрувия - выдающего зодчего Древнего Рима. В его трактатах тело человека было отождествлено с архитектурой. Однако отрицая эту идею, да Винчи развивал мысль о соединении в человеке трех стихий - искусства, науки и божественных начал, то есть отображение Вселенной.
Кроме глубокого философского посыла, Витрувианский человек имеет еще и некий символический смысл. Квадрат трактуется как материальная сфера, круг - духовная. Соприкосновение же фигур с телом изображенного человека есть своеобразное пересечение в центре мироздания.
На данный момент эскиз хранится в Венецианском музее. Свободного доступа к реликвии нет - экспонат выставляется крайне редко. Желающие имеют возможность взглянуть на него раз в полгода, так как перемещения и нахождение при прямом свете губительны для рукописи, которой почти 500 лет. Большинство изготовленных по эксизам сооружений да Винчи, сохранились до наших дней. Увидеть старинные проекты и их сегодняшнее воплощение желающие могут в Милане, в музее Науки Леонардо да Винчи, расположенном у метро Сант Амброджио.
Интересные факты:
- Рисунок сам по себе часто используется как неявный символ внутренней симметрии человеческого тела и, далее, Вселенной в целом.
- В 2011 году ирландский аэрохудожник Джон Квигли изобразил на льдах Северного ледовитого океана гигантскую копию знаменитого рисунка «Витрувианский человек» для того, чтобы привлечь внимание человечества к проблемам экологического равновесия.
- В 2012 году были опубликованы сообщения о том, что первым наглядное изображение «витрувианского человека» нарисовал не Леонардо, а его друг Джакомо Андреа да Феррара, детально исследовавший труды Витрувия, — хотя его рисунок и несоизмеримо уступает рисунку Леонардо в отношении художественных достоинств.
Кто хочет стать миллионером? 07.10.17. Вопросы и ответы.
* * * * * * * * * *
«Кто хочет стать миллионером?»
Вопросы и ответы:
Юрий Стоянов и Игорь Золотовицкий
Несгораемая сумма: 200 000 рублей.
Вопросы:
1. Какая участь постигла теремок в одноимённой сказке?
2. К чему призывает гардемаринов припев песни в фильме Светланы Дружининой?
3. Какой кнопки не найти на пульте кабины современного лифта?
4. Какое выражение означает то же, что «идти пешком»?
5. Из чего делают строганину?
6. При каком режиме работы стиральной машины особенно важна центробежная сила?
7. Какая фраза из фильма «Волшебная лампа Алладина» стала названием альбома группы «АукцЫон»?
8. Где занимают места матросы парусника по команде «Свистать всех наверх!»?
9. Какой из четырёх портретов в фойе театра на Таганке был добавлен Любимовым по настоянию райкома партии?
10. Флаг какого государства не трёхцветный?
11. Кого с полным правом можно назвать потомственным скульптором?
12. Как называется модель человеческого тела — наглядное пособие для будущих врачей?
13. Что находилось внутри первого пасхального яйца, изготовленного Карлом Фаберже?
Правильные ответы:
1. развалился
2. не вешать нос
3. «Поехали!»
4. на своих двоих
5. из лосося
7. «В Багдаде все спокойно»
8. на верхней палубе
9. Константина Станиславского
10. Албании
11. Александра Рукавишникова
12. фантом
13. золотая курочка
Игроки не стали отвечать на 13 вопрос, а забрали выигрыш в размере 400 000 рублей.
_____________________________________
Светлана Зейналова и Тимур Соловьёв
Несгораемая сумма: 200 000 рублей.
Вопросы:
2. Куда, если верить крылатой фразе, ведёт дорога, вымощенная благими намерениями?
3. Что используют для просеивания муки?
4. Как правильно продолжить строчку Пушкина: «Он уважать себя заставил…»?
5. Что в нынешнем году появилось впервые в истории розыгрыша футбольного Кубка конфедераций?
6. В каком городе находится недостроенный храм Святого Семейства?
7. Как заканчивается строка популярной песни: «Падала листва, и метель мела…»?
8. Каким творчеством занимался Аркадий Велюров в фильме «Покровские ворота»?
9, сообщает сайт. Прибавлению чего, как считается, должно способствовать растение толстянка?
10. Что увидели парижане в 1983 году благодаря Пьеру Кардену?
11. Кто убил огромного змея Пифона?
12. Какое звание по итогам 2016 года получила купюра в 50 швейцарских франков?
13. Что сооружают из природных материалов приверженцы карго-культа в Меланезии?
Правильные ответы:
1. профиль
4. И лучше выдумать не мог
5. видеоповторы для судей
6. в Барселоне
7. Где же ты была?
8. пел куплеты
10. спектакль «Юнона и Авось»
11. Аполлон
13. взлетно-посадочные полосы
Игроки не смогли правильно ответить на 13 вопрос, но ушли с несгораемой суммой.
Наука механика потому столь благородна
и полезна более всех прочих наук, что,
как оказывается, все живые существа,
имеющие способность к движению,
действуют по ее законам.
Леонардо да Винчи
Познай себя!
Двигательный аппарат человека — это самодвижущийся механизм, состоящий из 600 мышц, 200 костей, нескольких сотен сухожилий. Эти цифры приблизительны, поскольку некоторые кости (например, кости позвоночного столба, грудной клетки) срослись друг с другом, а многие мышцы имеют несколько головок (например, двуглавая мышца плеча, четырехглавая мышца бедра) или делятся на множество пучков (дельтовидная, большая грудная, прямая мышца живота, широчайшая мышца спины и многие другие). Считается, что двигательная деятельность человека сравнима по сложности с человеческим мозгом — самым совершенным созданием природы. И подобно тому как изучение мозга начинают с исследования его элементов (нейронов), так и в биомеханике прежде всего изучают свойства элементов двигательного аппарата.
Двигательный аппарат состоит из звеньев. Звеном называется часть тела, расположенная между двумя соседними суставами или между суставом и дистальным концом. Например, звеньями тела являются: кисть, предплечье, плечо, голова и т. д.
ГЕОМЕТРИЯ МАСС ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА
Геометрией масс называется распределение масс между звеньями тела и внутри звеньев. Геометрия масс количественно описывается масс-инерционными характеристиками. Важнейшие из них — масса, радиус инерции, момент инерции и координаты центра масс.
Масса (т) —это количество вещества (в килограммах), содержащееся в теле или отдельном звене.
Вместе с тем масса — это количественная мера инертности тела по отношению к действующей на него силе. Чем больше масса, тем инертнее тело и тем труднее вывести его из состояния покоя или изменить его движение.
Массой определяются гравитационные свойства тела. Вес тела (в Ньютонах)
ускорение свободнопадающего тела.
Масса характеризует инертность тела при поступательном движении. При вращении инертность зависит не только от массы, но и от того, как она распределена относительно оси вращения. Чем больше расстояние от звена до оси вращения, тем больше вклад этого звена в инертность тела. Количественной мерой инертности тела при вращательном движении служит момент инерции:
где R ин — радиус инерции — среднее расстояние от оси вращения (например, от оси сустава) до материальных точек тела.
Центром масс называется точка, где пересекаются линии действия всех сил, приводящих тело к поступательному движению и не вызывающих вращения тела. В поле гравитации (когда действует сила тяжести) центр масс совпадает с центром тяжести. Центр тяжести — точка, к которой приложена равнодействующая сил тяжести всех частей тела. Положение общего центра масс тела определяется тем, где находятся центры масс отдельных звеньев. А это зависит от позы, т. е. от того, как части тела расположены друг относительно друга в пространстве.
В человеческом теле около 70 звеньев. Но столь подробного описания геометрии масс чаще всего и не требуется. Для решения большинства практических задач достаточно 15-звенной модели человеческого тела (рис. 7). Понятно, что в 15-звенной модели некоторые звенья состоят из нескольких элементарных звеньев. Поэтому такие укрупненные звенья правильнее называть сегментами.
Цифры на рис. 7 верны для “среднего человека”, они получены путем усреднения результатов исследования многих людей. Индивидуальные особенности человека, и в первую очередь масса и длина тела, влияют на геометрию масс.
Рис. 7. 15 — звенная модель человеческого тела: справа — способ деления тела на сегменты и масса каждого сегмента (в % к массе тела); слева — места расположения центров масс сегментов (в % к длине сегмента)— см. табл. 1 (по В. М. Зациорскому, А. С. Аруину, В. Н. Селуянову)
В. Н. Селуянов установил, что массы сегментов тела можно определить с помощью следующего уравнения:где m х — масса одного из сегментов тела (кг), например стопы, голени, бедра и т. д.; m —масса всего тела (кг); H —длина тела (см); В 0 , В 1, В 2 — коэффициенты регрессионного уравнения, они различны для разных сегментов (табл. 1).
Примечание. Величины коэффициентов округлены и верны для взрослого мужчины.
Для того чтобы уяснить, как пользоваться таблицей 1 и другими подобными таблицами, вычислим, например, массу кисти человека, у которого масса тела равна 60 кг, а длина тела 170 см.
Таблица 1
Коэффициенты уравнения для вычисления массы сегментов тела по массе (т) и длине (Я) телаСегменты | Коэффициенты уравнения |
||
|
В 0 |
В 1 |
В 2 |
|
Стопа | —0,83 | 0,008 | 0,007 |
Масса кисти = - 0,12 + 0,004х60+0,002х170 = 0,46 кг. Зная, каковы массы и моменты инерции звеньев тела и где расположены их центры масс, можно решить много важных практических задач. В том числе:
— определить количество движения, равное произведению массы тела на его линейную скорость (m·v);
— определить кинетический момент, равный произведению момента инерции тела на угловую скорость (J w ); при этом нужно учитывать, что величины момента инерции относительно разных осей неодинаковы;
— оценить, легко или трудно управлять скоростью тела или отдельного звена;
— определить степень устойчивости тела и т. д.Из этой формулы видно, что при вращательном движении относительно той же оси инертность человеческого тела зависит не только от массы, но и от позы. Приведем пример.
На рис. 8 изображена фигуристка, выполняющая вращение. На рис. 8, А спортсменка вращается быстро и делает около 10 оборотов в секунду. В позе, изображенной на рис. 8, Б, вращение резко замедляется и затем прекращается. Это происходит потому, что, отводя руки в стороны, фигуристка делает свое тело инертнее: хотя масса (m ) остается той же, увеличивается радиус инерции (R ин ) и, следовательно, момент инерции.
Рис. 8. Замедление вращения при изменении позы: А — меньшая; Б — большая величина радиуса инерции и момента инерции, который пропорционален квадрату радиуса инерции (I=m · R ин )
Еще одной иллюстрацией сказанному может быть шуточная задача: что тяжелее (точнее, инертнее)—килограмм железа или килограмм ваты? При поступательном движении их инертность одинакова. При круговом движении труднее перемещать вату. Ее материальные точки дальше отстоят от оси вращения, и поэтому момент инерции значительно больше.
ЗВЕНЬЯ ТЕЛА КАК РЫЧАГИ И МАЯТНИКИ
Биомеханические звенья представляют собой своеобразные рычаги и маятники.
Как известно, рычаги бывают первого рода (когда силы приложены по разные стороны от точки опоры) и второго рода. Пример рычага второго рода представлен на рис. 9, А: гравитационная сила (F 1) и противодействующая ей сила мышечной тяги (F 2) приложены по одну сторону от точки опоры, находящейся в данном случае в локтевом суставе. Подобных рычагов в теле человека большинство. Но есть и рычаги первого рода, например голова (рис. 9, Б) и таз в основной стойке.
Задание: найдите рычаг первого рода на рис. 9, А.
Рычаг находится в равновесии, если равны моменты противодействующих сил (см. рис. 9,А):
F 2 —сила тяги двуглавой мышцы плеча; l 2 — короткое плечо рычага, равное расстоянию от места прикрепления сухожилия до оси вращения; α — угол между направлением действия силы и перпендикуляром к продольной оси предплечья.
Рычажное устройство двигательного аппарата дает человеку возможность выполнять дальние броски, сильные удары и т. п. Но ничто на свете даром не дается. Мы выигрываем в скорости и мощности движения ценой увеличения силы мышечного сокращения. Например, для того чтобы, сгибая руку в локтевом суставе, перемещать груз массой 1 кг (т. е. с силой тяжести 10 Н) так, как показано на рис. 9, Л, двуглавая мышца плеча должна развить силу 100—200 Н.
“Обмен” силы на скорость тем более выражен, чем больше соотношение плеч рычага. Проиллюстрируем это важное положение примером из гребли (рис. 10). Все точки весла-тела, движущегося вокруг оси, имеют одну и ту же угловую скорость
Но их линейные скорости неодинаковы. Линейная скорость (v) тем выше, чем больше радиус вращения (г):
Следовательно, для увеличения скорости нужно увеличивать радиус вращения. Но тогда придется во столько же раз увеличить и силу, прикладываемую к веслу. Именно поэтому длинным веслом труднее грести, чем коротким, бросить тяжелый предмет на дальнюю дистанцию труднее, чем на близкую, и т. д. Об этом знал еще Архимед, руководивший обороной Сиракуз от римлян и изобретавший рычажные приспособления для метания камней.
Руки и ноги человека могут совершать колебательные движения. Это делает наши конечности похожими на маятники. Наименьшие затраты энергии на перемещение конечностей имеют место, когда частота движений на 20— 30% больше частоты собственных колебаний руки или ноги:
Эти 20—30% объясняются тем, что нога не является однозвенным цилиндром, а состоит из трех сегментов (бедра, голени и стопы). Обратите внимание: собственная частота колебаний не зависит от массы качающегося тела, но уменьшается при увеличении длины маятника.
Делая частоту шагов или гребков при ходьбе, беге, плавании и т. п. резонансной (т. е. близкой к собственной частоте колебаний руки или ноги), удается минимизировать затраты энергии.
Замечено, что при наиболее экономичном сочетании частоты и длины шагов или гребков человек демонстрирует существенно повышенную физическую работоспособность. Это полезно учитывать не только при тренировке спортсменов, но и при проведении физкультурных занятий в школах и группах здоровья.
Любознательный читатель может спросить: чем объясняется высокая экономичность движений, выполняемых с резонансной частотой? Это происходит потому, что колебательные движения верхних и нижних конечностей сопровождаются рекуперацией механической энергии (от лат. recuperatio — получение вновь или повторное использование). Простейшая форма рекуперации — переход потенциальной энергии в кинетическую, затем снова в потенциальную и т. д. (рис. 11). При резонансной частоте движений такие преобразования осуществляются с минимальными потерями энергии. Это означает, что метаболическая энергия, однажды созданная в мышечных клетках и перешедшая в форму механической энергии, используется многократно — и в этом цикле движений, и в последующих. А если так, то потребность в притоке метаболической энергии уменьшается.
Рис. 11. Один из вариантов рекуперации энергии при циклических движениях: потенциальная энергия тела (сплошная линия) переходит в кинетическую (пунктир), которая вновь преобразуется в потенциальную и способствует переходу тела гимнаста в верхнее положение; цифры на графике соответствуют пронумерованным позам спортсмена
Благодаря рекуперации энергии выполнение циклических движений с темпом, близким к резонансной частоте колебаний конечностей,— эффективный способ сохранения и накопления энергии. Резонансные колебания способствуют концентрации энергии, и в мире неживой природы они иногда небезопасны. Например, известны случаи разрушения моста, когда по нему шло воинское подразделение, четко отбивая шаг. Поэтому по мосту положено идти не в ногу.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОСТЕЙ И СУСТАВОВ
Механические свойства костей определяются их разнообразными функциями; кроме двигательной, они выполняют защитную и опорную функции.
Кости черепа, грудной клетки и таза защищают внутренние органы. Опорную функцию костей выполняют кости конечностей и позвоночника.
Кости ног и рук продолговатые и трубчатые. Трубчатое строение костей обеспечивает противодействие значительным нагрузкам и вместе с тем в 2—2,5 раза снижает их массу и значительно уменьшает моменты инерции.
Различают четыре вида механического воздействия на кость: растяжение, сжатие, изгиб и кручение.
При растягивающей продольной силе кость выдерживает напряжение 150 Н/мм 2 . Это в 30 раз больше, чем давление, разрушающее кирпич. Установлено, что прочность кости на растяжение выше, чем у дуба, и почти равна прочности чугуна.
При сжатии прочность костей еще выше. Так, самая массивная кость— большеберцовая выдерживает вес 27 человек. Предельная сила сжатия составляет 16000— 18000 Н.
При изгибе кости человека также выдерживают значительные нагрузки. Например, силы 12000 Н (1,2 т) недостаточно, чтобы сломать бедренную кость. Подобный вид деформации широко встречается и в повседневной жизни, и в спортивной практике. Например, сегменты верхней конечности деформируются на изгиб при удержании положения “крест” в висе на кольцах.
При движениях кости не только растягиваются, сжимаются и изгибаются, но также и скручиваются. Например, при ходьбе человека моменты скручивающих сил могут достичь 15 Нм. Эта величина в несколько раз меньше предела прочности костей. Действительно, для разрушения, например, большеберцовой кости момент скручивающей силы должен достичь 30—140 Нм (Сведения о величинах сил и моментов сил, приводящих к деформации костей, приблизительны, а цифры, по-видимому, занижены, поскольку получены преимущественно на трупном материале. Но и они свидетельствуют о многократном запасе прочности человеческого скелета. В некоторых странах практикуется прижизненное определение прочности костей. Такие исследования хорошо оплачиваются, но приводят к увечьям или гибели испытателей и потому антигуманны ).
Таблица 2
Величины силы, действующей на головку бедренной кости(по X. А. Янсону, 1975 г., переработано)
Вид двигательной деятельности | Величина силы (по Вид двигательной деятельности отношению к силе тяжести тела) |
Сидение | 0,08 |
Стояние на двух ногах | 0,25 |
Стояние на одной ноге | 2,00 |
Ходьба по ровной поверхности | 1,66 |
Подъем и спуск по наклонной поверхности | 2,08 |
Быстрая ходьба | 3,58 |
Особенно велики допустимые механические нагрузки у спортсменов, потому что регулярные тренировки приводят к рабочей гипертрофии костей. Известно, что у штангистов утолщаются кости ног и позвоночника, у футболистов — внешняя часть кости плюсны, у теннисистов — кости предплечья и т. д.
Механические свойства суставов зависят от их строения. Суставная поверхность смачивается синовиальной жидкостью, которую, как в капсуле, хранит суставная сумка. Синовиальная жидкость обеспечивает уменьшение коэффициента трения в суставе примерно в 20 раз. Поразителен характер действия “выжимающейся” смазки, которая при снижении нагрузки на сустав поглощается губчатыми образованиями сустава, а при увеличении нагрузки выжимается для смачивания поверхности сустава и уменьшения коэффициента трения.
Действительно, величины сил, воздействующих на суставные поверхности, огромны и зависят от вида деятельности и ее интенсивности (табл. 2).
Примечание. Еще выше силы, действующие на коленный сустав; при массе тела 90 кг они достигают: при ходьбе 7000 Н, при беге 20000 Н.
Прочность суставов, как и прочность костей, небеспредельна. Так, давление в суставном хряще не должно превышать 350 Н/см 2 . При более высоком давлении прекращается смазка суставного хряща и увеличивается опасность его механического стирания. Это нужно учитывать в особенности при проведении туристических походов (когда человек несет тяжелый груз) и при организации оздоровительных занятий с людьми среднего и пожилого возраста. Ведь известно, что с возрастом смазывание суставной сумки становится менее обильным.
БИОМЕХАНИКА МЫШЦ
Скелетные мышцы являются основным источником механической энергии человеческого тела. Их можно сравнить с двигателем. На чем же основан принцип действия такого “живого двигателя”? Что приводит в действие мышцу и какие свойства она при этом проявляет? Как мышцы взаимодействуют между собой? И наконец, какие режимы функционирования мышц являются наилучшими? Ответы на эти вопросы вы найдете в настоящем разделе.
Биомеханические свойства мышц
К ним относятся сократимость, а также упругость, .жесткость, прочность и релаксация.
Сократимость — это способность мышцы сокращаться при возбуждении. В результате сокращения происходит укорочение мышцы и возникает сила тяги.
Для рассказа о механических свойствах мышцы воспользуемся моделью (рис. 12), в которой соединительнотканные образования (параллельный упругий компонент) имеют механический аналог в виде пружины (1). К соединительнотканным образованиям относятся: оболочка мышечных волокон и их пучков, сарколемма и фасции.
При сокращении мышцы образуются поперечные актино-миозиновые мостики, от числа которых зависит сила сокращения мышцы. Актино-миозиновые мостики сократительного компонента изображаются на модели в виде цилиндра, в котором движется поршень (2).
Аналогом последовательного упругого компонента является пружина (3), последовательно соединенная с цилиндром. Она моделирует сухожилие и те миофибриллы (сократительные нити, составляющие мышцу), которые в данный момент не участвуют в сокращении.
По закону Гука для мышцы ее удлинение нелинейно зависит от величины растягивающей силы (рис. 13). Эта кривая (ее называют “сила — длина”) является одной из характеристических зависимостей, описывающих закономерности мышечного сокращения. Другую характеристическую зависимость “сила — скорость” называют в честь изучавшего ее известного английского физиолога кривой Хилла (рис. 14) (Так принято сегодня называть эту важную зависимость. На самом деле А. Хилл изучал только преодолевающие движения (правую часть графика на рис. 14). Взаимосвязь между силой и скоростью при уступающих движениях впервые исследовал Abbot. ).
Прочность мышцы оценивается величиной растягивающей силы, при которой происходит разрыв мышцы. Предельное значение растягивающей силы определяется по кривой Хилла (см. рис. 14). Сила, при которой происходит разрыв мышцы (в пересчете на 1 мм 2 ее поперечного сечения), составляет от 0,1 до 0,3 Н/мм 2 . Для сравнения: предел прочности сухожилия около 50 Н/мм 2 , а фасций около 14 Н/мм 2 . Возникает вопрос: почему иногда рвется сухожилие, а мышца остается целой? По-видимому, это может происходить при очень быстрых движениях: мышца успевает самортизировать, а сухожилие нет.
Релаксация — свойство мышцы, проявляющееся в постепенном уменьшении силы тяги при постоянной длине мышцы. Релаксация проявляется, например, при спрыгивании и прыжке вверх, если во время глубокого подседа человек делает паузу. Чем пауза длительнее, тем сила отталкивания и высота выпрыгивания меньше.
Режимы сокращения и разновидности работы мышц
Мышцы, прикрепленные сухожилиями к костям, функционируют в изометрическом и анизометрическом режимах (см. рис. 14).
При изометрическом (удерживающем) режиме длина мышцы не изменяется (от греч. “изо” — равный, “метр”— длина). Например, в режиме изометрического сокращения работают мышцы человека, который подтянулся и удерживает свое тело в этом положении. Аналогичные примеры: “крест Азаряна” на кольцах, удержание штанги и т. п.
На кривой Хилла изометрическому режиму соответствует величина статической силы (F 0), при которой скорость сокращения мышцы равна нулю.
Замечено, что статическая сила, проявляемая спортсменом в изометрическом режиме, зависит от режима предшествующей работы. Если мышца функционировала в уступающем режиме, то F 0 больше, чем в том случае, когда выполнялась преодолевающая работа. Именно поэтому, например, “крест Азаряна” легче выполнить, если спортсмен приходит в него из верхнего положения, а не из нижнего.
При анизометрическом сокращении мышца укорачивается или удлиняется. В анизометрическом режиме функционируют мышцы бегуна, пловца, велосипедиста и т. д.
У анизометрического режима две разновидности. В преодолевающем режиме мышца укорачивается в результате сокращения. А в уступающем режиме мышца растягивается внешней силой. Например, икроножная мышца спринтера функционирует в уступающем режиме при взаимодействии ноги с опорой в фазе амортизации, а в преодолевающем режиме — в фазе отталкивания.
Правая часть кривой Хилла (см. рис. 14) отображает закономерности преодолевающей работы, при которой возрастание скорости сокращения мышцы вызывает уменьшение силы тяги. А в уступающем режиме наблюдается обратная картина: увеличение скорости растяжения мышцы сопровождается увеличением силы тяги. Это является причиной многочисленных травм у спортсменов (например, разрыва ахиллова сухожилия у спринтеров и прыгунов в длину).
Рис. 15. Мощность мышечного сокращения в зависимости от проявляемой силы и скорости; заштрихованный прямоугольник соответствует максимальной мощности
Групповое взаимодействие мышц
Существуют два случая группового взаимодействия мышц: синергизм и антагонизм.
Мышцы-синергисты перемещают звенья тела в одном направлении. Например, в сгибании руки в локтевом суставе участвуют двуглавая мышца плеча, плечевая и плечелучевая мышцы и т. д. Результатом синергического взаимодействия мышц служит увеличение результирующей силы действия. Но этим значение синергизма мышц не исчерпывается. При наличии травмы, а также при локальном утомлении какой-либо мышцы ее синергисты обеспечивают выполнение двигательного действия.
Мышцы-антагонисты (в противоположность мышцам-синергистам) имеют разнонаправленное действие. Так, если одна из них выполняет преодолевающую работу, то другая — уступающую. Существованием мышц-антагонистов обеспечивается: 1) высокая точность двигательных действий; 2) снижение травматизма.
Мощность и эффективность мышечного сокращения
По мере увеличения скорости мышечного сокращения сила тяги мышцы, функционирующей в преодолевающем режиме, снижается по гиперболическому закону (см. рис. 14). Известно, что механическая мощность равна произведению силы на скорость. Существуют сила и скорость, при которых мощность мышечного сокращения наибольшая (рис. 15). Этот режим имеет место, когда и сила, и скорость составляют примерно 30% от максимально возможных величин.
Вам никогда не казалось странным то, что вы живёте не первый десяток лет, но совершенно ничего не знаете о собственном теле? Или что вы оказались на экзамене по анатомии человека, но совершенно к нему не подготовились. В обоих случаях нужно наверстать упущенные знания, и получше узнать органы человека. Их расположение лучше смотреть в картинках — наглядность очень важна. Поэтому мы собрали для вас картинки, в которых расположение органов человека легко прослеживается и подписано надписями.
Если вам нравятся игры с внутренними органами человека, обязательно попробуйте на нашем сайте.
Чтобы увеличить любую картинку, нажмите по ней, и она откроется в полном размере. Так вы сможете прочитать мелкий шрифт. Итак, начнём сверху, и пойдем вниз.
Органы человека: расположение в картинках.
Головной мозг
Головной мозг человека — самый сложный и наименее изученный орган человека. Он управляет всеми остальными органами, координирует их работу. Фактически, наше сознание — и есть мозг. Несмотря на малую изученность, мы всё-же знаем расположение основных его отделов. На этой картинке подробно описана анатомия головного мозга человека.
Гортань
Гортань позволяет нам издавать звуки, речь, пение. Строение этого хитрого органа показано на картинке.
Основные органы, органы груди и живота
На этой картинке показано расположение 31 органа человеческого тела от щитовидного хряща до прямой кишки. Если нужно срочно посмотреть расположение какого-либо органа, чтобы выиграть в споре с другом или получить экзамен, эта картинка поможет.
На картинке показано расположение гортани, щитовидной железы, трахеи, легочных вен и артерий, бронхов, сердца и легочных долей. Не так уж много, но зато очень наглядно.
Схематичное расположение внутренних органов человека от трохеи до мочевого пузыря показано на этой картинке. За счёт небольшого размера она быстро загружается, экономя вам время для подсматривания на экзамене. Но мы надеемся, что если вы учитесь на врача, то вы не нуждаетесь в помощи наших материалов.
Картинка с расположением внутренних органов человека, на которой также видна система кровеносных сосудов и вен. Красиво изображены органы с художественной точки зрения, некоторые из них подписаны. Надеемся, среди подписанных есть те, которые нужны вам.
Картинка, на которой подробно расписано расположение органов пищеварительной системы человека и малого таза. Если у вас болит живот, то эта картинка поможет вам локализовать источник, пока действует активированный уголь, или пока вы облегчаете пищеварительную систему в удобствах.
Расположение органов таза
Если вам нужно узнать расположение верхней надпочечной артерии, мочевого пузыря, большой поясничной мышцы или любого другого органа брюшной полости, то эта картинка вам поможет. В ней подробно расписано расположение всех органов данной полости.
Мочеполовая система человека: расположение органов в картинках
Всё, что вы хотели знать о мочеполовой системы мужчины или женщины показано на этой картинке. Семенные пузырьки, яйцеклетка, половые губы всех мастей и конечно же, мочевыделительная система во всей красе. Наслаждайтесь!
Мужская репродуктивная система
Кабинет биологии, уставленный макетами скелетов, заспиртованными лягушками и экзотическими растениями, неизменно пользуется интересом у детей. Другое дело, что интерес не всегда простирается за пределы этих необыкновенных предметов и редко переносится на сам предмет.
Но в помощь учителям и преподавателям сегодня создано огромное количество игр и приложений, с которыми становятся доступны немыслимые ранее опыты. Вот лучшие из них.
Это великолепное приложение частично решает стародавнюю проблему этики, касающуюся проведения опытов над животными. Frog Dissection позволяет провести 3D-вскрытие лягушки, которое до боли напоминает настоящее препарирование. В программе есть подробная инструкция по проведению эксперимента, анатомическое сравнение лягушки и человека и целый набор необходимых инструментов, которые высвечиваются в верхней части экрана: скальпель, пинцет, булавка… Ко всему прочему, приложение позволяет подробно изучить каждый препарированный орган. Так что c Frog Dissection студенты-первокурсники, которые являются по совместительству участниками организаций по защите животных, могут спокойно препарировать виртуальных лягушек и получать свои заветные зачёты. Ни одно животное в процессе такого опыта не пострадает. Frog Dissection можно скачать с iTunes за $3.99.
Несмотря на то, что сегодня существует огромное количество анатомических атласов и энциклопедий, созданных как для школьников, так и для студентов-медиков, приложение 3D Human Anatomy, созданное японской компанией teamLabBody , – это одна из лучших на сегодняшний день интерактивных анатомий, которая позволяет изучить трёхмерную модель человеческого тела.
Leafsnap – это своеобразный цифровой распознаватель деревьев, который, безусловно, понравится всем ботаникам (в прямом смысле этого слова) и любителям природы. Принцип работы приложения довольно прост: чтобы понять, какое растение перед вами, достаточно сфотографировать его листок. После этого приложение запускает специальный алгоритм сравнения формы листочка с теми, что заложены в его памяти (что-то вроде механизма распознавания лиц людей). Вместе с заключением о предполагаемом «носителе» листа приложение выдаст кучу информации об этом растении – месте произрастания, особенностях цветения и т.д. Если из-за качества изображения программе будет сложно прийти к окончательному выводу, он предложит вам возможные варианты с подробным описанием. Дальше уже – дело за вами. В целом, очень познавательное приложение, которое помогает без лишних усилий узнать чуть больше об окружающем мире. Кстати, каждое фото, поступившее в приложение, попадает в специально разработанную базу флоры той или иной местности и помогает учёным в исследованиях новых видов растений и пополнении информации об уже известных. Приложение можно бесплатно скачать на App Store .
Увлекательное приложение для детей, с которым легко совершать захватывающие путешествия по человеческому телу. И не просто путешествия, а путешествия на ракете по 3D-моделям различных органов и систем нашего организма: можно «прокатиться» по сосудам, посмотреть, как мозг получает и отправляет сигналы и куда поступает пища, которую мы едим. У ребёнка есть возможность останавливаться в любом месте и осматриваться вокруг. Приложение позволяет увеличивать изображения скелета, мышц, внутренних органов, нервов и кровеносных сосудов и изучать место их расположения и принципы работы. Хотите узнать, как кости черепа крепятся друг к другу, какие мышцы работают больше остальных в организме или откуда взялось название радужной оболочки? В My Incredible Body можно получить ответы на эти и множество других вопросов. В программе есть короткие видеоролики, в которых запечатлены процесс дыхания, совместная работа мышц, функционирование слухового аппарат и т.д. В общем, для знакомства с телом это отличный вариант, тем более, что цена в App Store $ 2.69.
Это даже не приложение, это карманная подсказка, в которой представлены короткие статьи по основным темам: «Клетка», «Корень», «Водоросли», «Класс насекомые», «Подкласс рыбы», «Класс млекопитающие», «Эволюция животного мира», «Общий обзор организма человека и т.д. Ничего нового и удивительного, но чтобы повторить какие-то затерявшиеся в памяти базовые вещи – вполне сгодится. Строго, лаконично и бесплатно.
Очередное приложение для первого знакомства с человеческим телом. Human Body – это нечто среднее между игрой и энциклопедией. Каждый процесс человеческого тела представлен интерактивно и подробно описан: сердце здесь бьётся, кишки булькают, лёгкие дышат, глаза рассматривают и т.д. Приложение заняло 1-е место в образовательных чартах App Store в 146-ти странах и было названо одним из лучших приложений App Store в 2013 году. Вот цитата из описания продукта на iTunes:
Human Body предназначено для детей, чтобы помочь им узнать, из чего мы сделаны и как мы работаем.
В приложении можно выбрать один из четырёх аватаров, на примере которого будет демонстрироваться работа нашего организма. Здесь нет особых правил и уровней – основой всего является любопытство ребёнка, который может задавать приложению любые вопросы относительно нашего тела. Как мы дышим? Как мы видим? И так далее. В приложении есть анимация и интерактивное представление шести систем нашего тела: скелетной, мышечной, нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной. В комплекте с приложением вы скачиваете бесплатную PDF-книгу по анатомии человека с подробными статьями и вопросами для дискуссий. Приложение доступно на iTunes за $2.99.
Это ещё одно приложение от бруклинской студии разработчиков образовательных приложений Tinybop, но уже для изучения ботаники. Хотели узнать тайны зелёного царства? Plants помогут в этом как детям, так и тем, кто просто хочет узнать побольше об экосистемах нашей планеты. Приложение представляет собой интерактивную диораму, в которой игрок – царь и бог, способный управлять погодой, устраивать лесные пожары и наблюдать за животными в их естественной среде. В процессе такого творчества пользователю предоставляется возможность познакомиться с различными растениями и животными в виртуальной песочнице, копирующей их естественную среду обитания. В приложении есть экосистемы лесных и пустынных районов, тундры и лугов. В скором времени разработчики обещают представить экосистемы тайги, тропической саванны и мангровых лесов. Впрочем, здесь дело не в количестве. Познакомиться с жизненным циклом хотя бы одного биома – уже достижение, зато такой опыт поможет гораздо лучше понять, как живёт наша планета и насколько в природе всё взаимосвязано. Приложение есть в App Store , его цена – $2.99.