Calculer la force musculaire à l'articulation du coude lors de la tenue d'un haltère

En biomécanique, un problème de mot commun à résoudre consiste à calculer l'ampleur de la force musculaire nécessaire pour maintenir un poids dans la main. Un problème typique est rédigé quelque chose comme ceci:

Une personne titulaire d'un 500 Newton (N) haltère dans sa main droite. Son avant-bras et de la main sont tenus de papeterie en position horizontale sans rotation à l'articulation du coude. Le segment de l'avant-bras et de la main pèse 17 N, et le centre de gravité du segment avant-bras / main est de 0,23 mètres (m) de l'axe de l'articulation du coude. Le centre de gravité de l'haltère est de 0,34 m à partir de l'articulation du coude. Si le muscle tenant le bras dans cette position insère 0,05 m de l'articulation du coude, combien de force musculaire est nécessaire pour maintenir l'avant-bras / main de tourner à l'articulation du coude?

Beaucoup d'étudiants sont perplexes par la façon de résoudre ce type de problème. Une solution étape par étape consiste d'abord à déterminer le concept de biomécanique à appliquer et puis en sélectionnant et en résolvant l'équation appropriée.

"Pour garder l'avant-bras / main de tourner à l'articulation du coude» signifie pour empêcher une accélération angulaire. Pas d'accélération angulaire est partie d'une situation appelée l'équilibre. Le point fondamental de l'équilibre est qu'il n'y a pas de forces déséquilibrés, pouvant causer l'accélération linéaire, et il n'y a pas de couples asymétriques provoquant l'accélération angulaire du corps. (Le corps, dans ce cas, est le tenant l'haltère, qui est libre de tourner à l'articulation du coude avant-bras / main.) Donc, le concept de la biomécanique à appliquer est l'équilibre.

Equilibrium, au format de l'équation, il est dit que

# 931-F = 0 (où F sont les forces)

# 931-T = 0 (où T quels couples)

La question décrit empêcher la rotation de l'avant-bras / main à l'articulation du coude, ce qui signifie pour maintenir # 931 = 0-T à l'articulation du coude. Le concept de la biomécanique à appliquer est le couple.

Couple est l'effet d'une force de rotation, calculé comme le produit d'une force (F) Et son bras de moment (MA), Écrite mathématiquement comme T = F X MA. Avant que vous pouvez résumer les couples, vous devez identifier les forces qui ont un bras de levier et peut créer un couple. Pour ce faire, passer par le problème, identifier chaque force, et de lui donner une étiquette:

• Le poids de l'haltère peut être marqué W_ré (où ré supports pour haltères).

• 
  
  
  
  

  Le poids du segment avant-bras / main peut être étiqueté W_S (où S représente le segment).

• La force musculaire peut être étiqueté F_M (où M se dresse pour les muscles).

Le poids est une force qui agit toujours vers le bas. Utilisez un signe plus (+) pour la direction vers le haut, et un signe moins (-) pour le sens descendant. Les pondérations sont appliquées au centre de gravité d'un corps, et l'emplacement du centre de gravité à la fois pour le segment et le poids d'haltère sont donnés.

Créer un tableau énumérant ce que vous allez utiliser pour calculer les couples, et remplissez les informations connues du problème du mot, un peu comme ceci:

Il est important que les poids sont répertoriés comme des forces négatives. Le bras de levier de chaque force est sur le même côté de l'axe du coude, de sorte que tous les définie positive. Les bras de levier pour le poids de segment et le poids d'haltère sont la distance de chaque centre de gravité de l'axe de l'avant-bras coudés car / main est dans la position horizontale.

Le couple créé par chaque force est calculé comme le produit du bras de force et de moment. Les poids et haltères (segment) créent des couples négatifs, et il est important d'énumérer la direction, ainsi que l'ampleur du couple dans le tableau.

Ensuite, utilisez l'équation # 931 = 0-T à résoudre pour le couple créé par le muscle (T_M). Pour ce faire, développez l'équation d'énumérer tous les couples, comme ceci:

T_M + T_ré + T_S = 0

Or, pour isoler le couple musculaire inconnu:

T_M = -T_ré - T_S

Remplissez les valeurs connues de la table que vous avez créé et résoudre:

T_M = - (- 170 Nm) - (-3,9 Nm) = 173,9 Nm

Le muscle doit créer un couple de 173,9 Nm, en sens opposé au couple créé par le poids et haltères de segment, pour empêcher l'accélération angulaire.

La dernière étape consiste à calculer la force musculaire (F_M), En utilisant l'équation suivante:

T_M = F_M X MA_M

Isoler sur F_M, faisant l'équation:

Enfin, écrivez votre réponse:

Le couple musculaire nécessaire pour empêcher la rotation est 3478 N. Ne vous inquiétez pas lorsque vous calculez une valeur de grande force du muscle - la force musculaire est toujours beaucoup plus grande que la force tient dans la main, parce que du bras court instant pour le musculaire au niveau du joint.