Рассмотрим зависимость силы действия человека от следующих параметров: 1) скорость движения; 2) изменение суставного угла; 3) направление движения.

1. Зависимость: «сила действия – скорость»

В двигательных действиях сила действия и скорость сокращающихся мышц находятся в обратно пропорциональной зависимости: с увеличением сопротивления или отягощения, уменьшается скорость сокращающихся мышц, а с уменьшением сопротивления или отягощения скорость сокращающихся мышц возрастает и достигает предельно возможной при минимальных отягощениях (например, финальное усилие при метании копья). На рисунке 1. графически изображена зависимость между максимальными усилиями (F) и скоростью сокращающихся мышц (V).

При изотоническом сокращении мышца укорачивается тем медленнее, чем больше преодолеваемое сопротивление. Ненагруженная мышца укорачивается с максимальной скоростью, зависящей от типа мышечных волокон.

Мышцы руки человека укорачиваются со скоростью 8 м/c. Быстро укорачиваясь, мышца развивает меньшую силу, чем при медленном укорочении или после предварительного растяжения. Большой вес можно поднять или столкнуть с места только очень медленно.

Мощность мышцы равна произведению развиваемой ей силы на скорость укорочения. N = F · V. Максимальное значение мощности отмечается при выполнении упражнений оптимальными (непредельными) отягощениями, выполняемых с максимально возможной для этих условий скоростью. Непредельные отягощения – от 30 % до 50 – 60 % от максимальных. Например максимальная мощность (200 Вт) мышцами руки будет достигнута при скорости сокращения 2,5 м/с.

2. Зависимость: «сила действия – изменение суставного угла

Эту зависимость определяют следующие причины. С изменением суставного угла изменяются: 1) длина мышцы; 2) плечо тяги мышцы.

Сила, проявляемая мышцей, зависит от её длины. Приближённо можно считать что максимальная сила, проявляемая мышцей падает пропорционально квадрату уменьшения её длины. Наименьшие величины мышца проявляет при своём наибольшем укорочении.

С изменением суставного угла, меняется плечо тяги мышц, а следовательно и создаваемый ими вращательный момент силы. Плечом силы называется кратчайшее расстояние (перпендикуляр) от оси вращения сустава до линии действия силы. При изменении суставного угла плечо тяги мышц меняется, в результате меняется и создаваемый ими вращательный момент силы. Например, плечо силы двуглавой мышцы плеча зависит от суставного угла следующим образом:

Суставной угол (угловые градусы) 180 160 140 120 100 80 60
Плечо тяги мышцы (мм) 11,5 16,8 26,9 37,4 43,5 45,5 39,2

Как видно из таблицы, плечо силы меняется более чем в три раза, следовательно, при изменении суставного угла сила действия может увеличиться или уменьшится более, чем в три раза.

Характерное для двигательного аппарата человека близкое прикрепление сухожилий мышц к оси вращения в суставе ( рычаг второго рода), приводит к тому, что в большинстве движений достигается выигрыш в скорости и расстоянии за счёт проигрыша в силе (рис. 2).

Рычаги первого и второго рода

Рисунок 2. Рычаги первого и второго рода.

3. Зависимость: «сила действия – направление движения

(преодолевающий и уступающий режимы работы мышц)

Сила действия в уступающих движениях может значительно (до 50 – 100%) превосходить максимальную изометрическую силу человека. Например, сила действия проявляющаяся при приземлении с большой высоты, больше той, которую спортсмен может проявить в отталкивании.

Сила действия в уступающем режиме зависит от скорости: чем быстрее происходит растягивание отдельных мышц, тем большую силу они проявляют. В преодолевающем режиме работающие мышцы уменьшаются по мере увеличения развиваемой ею силы называется изотоническим.

Раздел статьи: Биомеханика