1. STATISKIE SPĒKI
Mehānika ir fizikas nozare, kura saistīta ar spēku iedarbību uz ķermeņu kustību. Tā bija pirmā fizikas nozare, kuru veiksmīgi pielietoja dzīvajām sistēmām, pirmkārt, lai izprastu dzīvnieku kustībās valdošos principus. Mūsu pašreizējos priekšstatus par mehāniku formulējis Izaks Ņūtons, kura nozīmīgākais darbs mehānikā Principia Mathematica, tika publicēts 1687. gadā. Mehānikas izpēte bija sākusies jau daudz agrāk. Tai var izsekot līdz grieķu filozofiem p.m.ē. ceturtajā gadsimtā. Senie grieķi, kurus interesēja gan fizika, gan atlētika, bija pirmie, kuri attiecināja fizikas principus uz dzīvnieku kustībām. Aristotelis rakstīja, „ Dzīvnieks, kurš pārvietojas, veic sava ķermeņa pozīcijas maiņu, spiežot uz to, kas ir zem tā... Skrējēji skrien ātrāk, ja tie vēzē rokas, iztaisnojot tās un atdarinot peldēšanas kustības...” Kaut arī dažas grieķu filozofu idejas bija maldīgas, viņu vispārīgo dabas principu meklējumi iezīmēja zinātniskās domāšanas sākumu.
Pēc antīkās Grieķijas pagrimuma pakaļdzīšanās zinātniskajiem atklājumiem iegāja miera periodā, kurš ilga līdz Renesansei, kura atnesa atdzimšanu dažādās jomās, ieskaitot zinātni. Šajā atdzimšanas periodā Leonardo da Vinči (1452-1519) veica detalizētus novērojumus par muskuļu funkcijām. Kopš da Vinči pētījumiem simtiem cilvēku ir devuši ieguldījumu, lai veicinātu mūsu izpratni par dzīvnieku kustībām ar mehānikas principu palīdzību. Viņu pētījumi ir atviegloti ar uzlabotām analītiskām tehnoloģijām un instrumentu, tādu kā fotokameru un elektronisko taimeru, attīstību. Šodien cilvēka kustību izpēte ir daļa no kinesioloģijas, kura galvenokārt pēta cilvēka kustības saistībā ar atlētiskām aktivitātēm un biomehāniku: robežas zonu, kura saistīta ne tikai ar muskuļu kustībām, bet arī ar kaulu un orgānu, piemēram, plaušu un sirds, fizisko uzvedību. Protēžu, piemēram, kā mākslīgie locekļi un mehāniskās sirdis, attīstība ir aktīvs biomehānisko pētījumu lauks.
Mehānika, kā jebkura cita zinātnes nozare, sākas ar noteiktu skaitu fundamentālu pieņēmumu, kuri balsta ar tiem savstarpēji saistītos likumus. Pielikumā A ir apkopoti mehānikas pamata jēdzieni, nodrošinot drīzāk pārskatu, nekā pamatīgu temata iztirzājumu. Mēs sāksim mūsu diskusiju par mehāniku, apskatot uz cilvēka ķermeni darbojošos statiskos spēkus. Vispirms aplūkosim cilvēka ķermeņa stabilitāti un līdzsvaru, pēcāk aprēķināsim skeleta muskuļu darbošanās spēkus dažādās ķermeņa vietās.
1.1 Līdzsvars un stabilitāte
Zemei ir pievilkšanas spēks, kurš iedarbojas uz objekta masu; patiesībā, katrs neliels masas elements objektā ir pakļauts šī spēka iedarbībai. Šo spēku summa ir ķermeņa kopējā masa. Šī masa var tikt uzskatīta par spēku, darbojošos caur vienu ķermeņa punktu, sauktu par smaguma jeb gravitācijas centru. Kā norādīts pielikumā A, ķermenis ir statiskā līdzsvarā, ja spēku un griezes momenta, kuri darbojas uz ķermeni, vektoriālā summa ir nulle. Ja ķermenim nav atbalsta, gravitācijas spēks to paātrina un ķermenis zaudē līdzsvara stāvokli. Lai ķermenis būtu stabilā līdzsvarā, tam ir jābūt pareizi atbalstītam.
…
