Calcule a força muscular na articulação do cotovelo Quando segurando um haltere
Em biomecânica, um problema comum palavra a ser resolvido envolve o cálculo da magnitude da força muscular necessária para manter um peso na mão. Um problema típico está redigido algo como isto:
A pessoa prende um haltere de 500 Newton (N) na mão direita. O antebraço e mão são realizadas papelaria na posição horizontal sem rotação na articulação do cotovelo. O segmento de antebraço e da mão pesa 17 N, e o centro de gravidade do segmento antebraço / mão é de 0,23 metros (m) a partir do eixo da articulação do cotovelo. O centro de gravidade do dumbbell é 0,34 m da articulação do cotovelo. Se o músculo que prende o braço nesta posição insere 0,05 m da articulação do cotovelo, a quantidade de força muscular é necessária para manter o antebraço / mão de rotação a da articulação do cotovelo?
Muitos estudantes estão perplexos com a forma de resolver este tipo de problema. Uma solução passo-a-passo envolve primeiro descobrir o conceito biomecânica de aplicar e, em seguida, selecionar e resolver a equação apropriada.
"Para manter o antebraço / mão de rodar na articulação do cotovelo" significa impedir a aceleração angular. Sem aceleração angular é parte de uma situação chamada equilíbrio. O ponto de equilíbrio básico é que não existem forças desequilibradas causando aceleração linear, e não existem binários desequilibradas causando aceleração angular do corpo. (O corpo, neste caso, é o antebraço / mão segurando o haltere, que é livre para girar na articulação do cotovelo.) Assim, o conceito biomecânica a aplicar é de equilíbrio.
Equilíbrio, em formato de equação, como é afirmado
# 931-F = 0 (onde F é forças)
# 931-T = 0 (onde T é torques)
A questão descreve evitar a rotação do antebraço / mão na articulação do cotovelo, o que significa que para manter # 931-T = 0 na articulação do cotovelo. O conceito biomecânica para aplicar é torque.
Torque é o efeito de viragem de uma força, calculado como o produto de uma força (F) E seu braço de momento (MA), Como escrito matematicamente T = F x MA. Antes que você possa resumir os torques, você precisa identificar as forças que têm um braço de momento e pode criar um torque. Para fazer isso, vá até o problema, identificar cada força, e dar-lhe um rótulo:
O peso do haltere pode ser rotulada WD (Onde D significa haltere).
O peso do segmento de antebraço / mão pode ser marcado WS (Onde S significa segmento).
A força muscular pode ser marcado FM (Onde M significa músculo).
O peso é uma força que age sempre para baixo. Use um sinal de mais (+) para o sentido ascendente, e um sinal de menos (-) para o sentido descendente. Os pesos são aplicados no centro de gravidade de um corpo, e o local do centro de gravidade, tanto para o segmento e o peso haltere são dadas.
Criar uma tabela que lista o que você vai usar para calcular os torques, e preencha as informações conhecidas a partir da palavra problema, mais ou menos assim:
| Força | Magnitude e Direção | Momento Arm (MA) | Torque (T = F - MA) | Nome Torque |
|---|---|---|---|---|
| WD | -500 N | 0,34 m | -170,0 Nm | TD |
| WS | -17 N | 0,23 m | -3,9 Nm | TS |
| FM | Desconhecido, a ser resolvido | 0,05 m | Desconhecido | TM |
É importante que os pesos ser listado como forças negativas. O braço do momento para cada força é no mesmo lado do eixo de articulação do cotovelo, para definir todos eles como positivo. Os braços de momento para o peso do segmento e o peso haltere são a distância de cada centro de gravidade a partir do eixo de cotovelo porque o antebraço / mão está na posição horizontal.
O torque criado por cada força é calculada como o produto do braço de força e do momento. Os pesos (segmento e halteres) criar torques negativos, e que é importante para a lista direcção, bem como o valor do binário na tabela.
Em seguida, usar a equação # 931-T = 0 para resolver o torque criado pelo músculo (TM). Para fazer isso, expanda a equação para listar todos os torques, como este:
TM + TD + TS = 0
Agora, para isolar o torque muscular desconhecido:
TM = -TD - TS
Preencha os valores conhecidos da tabela que você criou e resolver:
TM = - (- 170 Nm) - (-3,9 Nm) = 173,9 Nm
O músculo deve criar um binário de 173,9 Nm, em direção oposta com os binários criados por pesos segmento e halteres, para evitar que a aceleração angular.
O último passo é calcular a força muscular (FM), Usando a seguinte equação:
TM = FM x MAM
isolar para FM, fazendo a equação:
Finalmente, escrever a sua resposta:
O torque muscular necessário para impedir a rotação é 3478 N. Não se assuste quando você calcular um valor grande força do músculo - a força muscular é sempre muito maior do que a força na mão, por causa do braço do momento curto para a muscular na articulação.