Механические свойства мышечной ткани

Двигательная деятельность человека происходит при помощи мышечной ткани, обладающей сократительными структурами. Работа мышц осуществляется благодаря сокращению (укорачиванию с утолщением) миофибрилл, которые находятся в мышечных клетках. Работа мышц осуществляется посредством их присоединения к скелету при помощи сухожилий.
К биомеханическим свойствам мышц относят сократимость, упругость, жесткость, прочность и релаксацию.
Сократимость – это способность мышцы сокращаться при возбуждении. В результате сокращения происходит укорочение мышцы и возникает сила тяги.
Упругость мышцы состоит в ее способности восстанавливать первоначальную длину после устранения деформирующей силы. Существование упругих свойств объясняется тем, что при растяжении в мышце возникает энергия упругой деформации. При этом мышцу можно сравнить с пружиной: чем сильнее растянута пружина, тем большая энергия в ней запасена. Это явление широко используется в спорте. Например, в хлесте предварительно растягиваются и параллельный, и последовательный упругий компонент мышц, чем накапливается энергия. Запасенная таким образом энергия в финальной части движения (толкания, метания и т.д.) преобразуется в энергию движения (кинетическую энергию).
Аналогия мышцы с пружиной позволяет применить к ее работе закон Гука, согласно которому удлинение пружины нелинейно зависит от величины растягивающей силы. Кривую поведения мышцы в этом случае называют «сила-длина». Зависимость между силой и скоростью мышечного сокращения («сила-скорость») называют кривой Хилла.
Жесткость – это способность противодействовать прикладываемым силам. Коэффициент жесткости определяется как отношение приращения восстанавливающей силы к приращению длины мышцы под действием внешней силы: Кж=DF/Dl (Н/м).
Величина, обратная жесткости, называется податливостью мышцы. Коэффициент податливости: Кп=Dl /DF (м/Н) – показывает, насколько удлинится мышца при изменении внешней силы. Например, податливость сгибателя предплечья близка к 1 мм/Н.
Прочность мышцы оценивается величиной растягивающей силы, при которой происходит разрыв мышцы. Сила, при которой происходит разрыв мышцы составляет от 0.1 до 0.3 Н/мм2. Предел прочности сухожилий на два порядка величины больше и составляет 50 Н/мм2. Однако, при очень быстрых движениях возможен разрыв более прочного сухожилия, а мышца остается целой, успев самортизировать.
Релаксация – свойство мышца, проявляющееся в постепенном уменьшении силы тяги при постоянной длине мышцы. Релаксация проявляется, например, при прыжке вверх, если во время глубокого приседа спортсмен делает паузу. Чем пауза длительнее, тем сила отталкивания и высота выпрыгивания меньше.
Существует два вида группового взаимодействия мышц: синергизм и антагонизм.
Мышцы-синергисты перемещают звенья тела в одном направлении. Например, при сгибании руки в локтевом суставе участвуют двуглавая мышца плеча, плечевая и плече-лучевая мышцы и т.д. Результатом синергического взаимодействия мышц служит увеличение результирующей силы действия. При наличии травмы, а также при локальном утомлении какой-либо мышцы ее синергисты обеспечивают выполнение двигательного действия.
Мышцы-антагонисты имеют, наоборот, разнонаправленное действие. Так, если одна из них выполняет преодолевающую работу, то другая – уступающую.
Механические свойства костей определяются их разнообразными функциями; кроме двигательной, они выполняют защитную и опорную функции. Так кости черепа и грудной клетки защищают внутренние органы, а кости позвоночника и конечностей выполняют опорную функцию.
Выделяют 4 вида механического воздействия на кость: растяжение, сжатие, изгиб и кручение. Установлено, что прочность кости на растяжение почти равна прочности чугуна. При сжатии прочность костей еще выше. Самая массивная кость – большеберцовая (основная кость бедра) выдерживает силу сжатия в 16–18 кН.
Менее прочны кости на изгиб и кручение. Однако регулярные тренировки приводят к гипертрофии костей. Так, у штангистов утолщаются кости ног и позвоночника, у теннисистов – кости предплечья и т.п.
Механические свойства суставов зависят от их строения. Суставная поверхность смачивается синовиальной жидкостью, которую хранит суставная сумка. Синовиальная жидкость обеспечивает уменьшение трения в суставе примерно в 20 раз. При этом при снижении нагрузки на сустав жидкость поглощается губчатыми образованиями сустава, а при увеличении нагрузки она выжимается для смачивания поверхности сустава и уменьшения коэффициента трения.

 

Механические свойства кожи

Натуральная кожа является природным материалом, обладающим рядом специфических физико-механических свойств, которые определяют особенности процесса проектирования изделий из этого материала.

Плотность определяет такие важные свойства кож, как водо- и воздухопроницаемость, предел прочности при растяжении, сопротивление истиранию. По плотности кож судят об их пористости и степени наполнения. Поверхностная площадь кожи для изготовления верхней одежды должна быть не более 400-600 г/м², так как тяжелая кожа будет сильно отягощать изделие и создавать дискомфортные условия.

От толщины кожи зависит выбор методов обработки изделия. Толщина шкур обуславливает предел прочности их при растяжении. Для наиболее распространенных видов кож минимальная толщина в отдельных участках доходит до 0,3 мм, максимальная — до 8 мм.

Площадь является важнейшей характеристикой ценности кожи, так как из кож, имеющих большую площадь, можно получить и большее количество деталей. В соответствии с ГОСТом 1875-85 кожи для пошива одежды по площади подразделяются на три группы — малые, средние и большие.

Предел прочности при растяжении и удлинении зависит от вида сырья, плотности, влажности, расположения коллагеновых волокон. Кожа в процессе производства и эксплуатации подвергается растяжению, вследствии чего возникают деформации кожи, величина которых определяет их качество, при этом наименьшую тягучесть обнаруживает более плотная часть кожи — чепрак.

Воздухопроницаемость характеризуется наличием сквозных пор в коже. С увеличением пористости и уменьшением толщины кожи растет ее воздухопроницаемость. Наличие лицевого покрытия снижает величину этого показателя.

Сопротивление кож к истиранию. Кожа по слоям имеет различную скорость истирания. Так, лицевой слой и бахтарменный изнашиваются быстрее, чем средний. Большое значение на скорость истирания оказывает топографический участок кожи.

Показатели — влагоемкость, намокаемость, водопромокаемость и водопроницаемость характеризуют отношение кожи к воде.

Гигроскопичность характеризует способность кожи менять степень влажности в зависимости от изменения влажности воздуха. Кожа обладает большей гигроскопичностью, чем ткани. Эти свойства обеспечивают поглощение кожей пара. При этом максимальное количество влаги поглощают кожи хромового дубления.

Паропроницаемость является одной из характеристик гигиенических свойств кожи. Покрытие на лицевой поверхности кожи влияет на паропроницаемость, снижая ее в 2-4 раза.