Khớp và lực cơ tạo nên chuyển động

Trong mô hình cẳng tay giữ một vật, khớp khuỷu là điểm tựa. Cơ bắp tay tạo lực kéo lên ở vị trí gần khuỷu, vật trên bàn tay gây lực hướng xuống ở vị trí xa hơn. Lực cơ nằm giữa điểm tựa và phía vật: đây là bố trí cùng phía không lợi về lực.
Lực cơ không đơn giản bằng trọng lượng vật, vì cánh tay đòn của lực cơ ngắn hơn. Hình chỉ minh họa cơ chế đòn bẩy, chưa biểu diễn đầy đủ trọng lượng cẳng tay và lực ở khớp; không dùng hình để tính lực thực tế trong cơ thể.
Ở mô hình đầu và cổ, khớp ở vùng trên cùng của cột sống là điểm tựa; lực cơ phía sau và trọng lượng đầu phía trước tạo tác dụng quay ngược nhau. Khi đầu cúi ra trước, giá của trọng lực đầu có thể xa điểm tựa hơn, làm tăng moment của trọng lực. Đây là giải thích cơ học, không phải chẩn đoán hay hướng dẫn điều trị đau cổ.
Cùng lực đạp, vị trí giò đạp khác nhau
Giò đạp nối trục giữa xe đạp với pê-đan và có thể quay quanh trục giữa. Khi giò đạp nằm ngang, lực chân hướng xuống tại pê-đan có giá cách trục giữa một khoảng, tạo tác dụng làm quay rõ rệt.
Khi giò đạp thẳng đứng và lực chân cũng hướng thẳng đứng, giá lực đi qua trục giữa nên riêng lực này không tạo moment làm quay ở vị trí đó. Muốn so sánh phải xét cả vị trí giò đạp và hướng lực, không chỉ độ lớn lực chân.
Trong xe đang hoạt động, chuyển động còn được truyền qua bộ truyền động tới bánh xe; sự tương tác với mặt đường giúp xe tiến lên. Không coi lực đạp xuống tự biến thành lực ngang mà bỏ qua các bộ phận ấy. Quan sát trên hình hoặc xe được cố định theo hướng dẫn, không thử bằng cách đạp khi bánh, xích có thể kẹp tay.
Bài luyện
Trong mô hình cẳng tay giữ vật trên bàn tay, điểm tựa là bộ phận nào?
Vật là phía tải, không phải điểm tựa của cẳng tay.
Đúng: cẳng tay có thể quay quanh khớp khuỷu.
Cần xét đúng khớp làm điểm tựa của mô hình.
Bộ phận cơ thể vẫn có thể mô tả bằng mô hình đòn bẩy.
Lời giải
Trong mô hình, cẳng tay quay quanh khớp khuỷu. Lực cơ kéo gần khuỷu, còn phía vật nằm xa hơn ở bàn tay. Đáp án B.
Bài luyện
Mô hình cẳng tay có lực cơ ở giữa khớp khuỷu và vật trên bàn tay. Nhận xét nào đúng?
Độ lớn lực cơ còn phụ thuộc cánh tay đòn và các lực khác.
Cánh tay đòn lực dùng ngắn hơn không cho lợi về lực.
Đúng: vị trí lực cơ nằm gần điểm tựa hơn phía vật.
Trọng lực phía vật có tác dụng quay quanh khớp khuỷu.
Lời giải
Lực cơ nằm giữa điểm tựa và phía vật nên cánh tay đòn lực cơ ngắn hơn trong mô hình. Đây là bố trí không lợi về lực; không kết luận lực cơ bằng trọng lượng vật. Đáp án C.
Bài luyện
Giò đạp xe nằm ngang, lực chân hướng thẳng đứng xuống tại pê-đan. Vì sao lực tạo tác dụng quay quanh trục giữa?
Giá lực đi qua trục không tạo moment quanh trục trong mô hình.
Điều kiện tạo quay không được xác định bằng so lực chân với trọng lượng toàn xe.
Pê-đan ở đầu giò đạp, không nằm tại trục giữa.
Đúng: lực xuống ở đầu giò nằm ngang tạo tác dụng quay.
Lời giải
Ở vị trí giò đạp ngang, đường thẳng đứng chứa lực tại pê-đan không đi qua trục giữa. Giá lực có khoảng cách tới trục nên tạo tác dụng làm quay. Đáp án D.
Bài luyện
Giò đạp thẳng đứng, lực chân hướng thẳng đứng tại pê-đan và có giá đi qua trục giữa. Riêng lực này có tác dụng quay thế nào tại vị trí đó?
Đúng: giá của lực đi qua trục quay.
Khoảng cách của giá lực tới trục bằng 0 trong trường hợp đã nêu.
Cần xét khoảng cách tới giá lực, không chỉ chiều dài giò đạp.
Moment của lực chân phụ thuộc cách đặt lực, không chỉ khối lượng xe.
Lời giải
Giá lực đi qua trục giữa nên riêng lực đó không tạo moment làm quay ở vị trí giò thẳng đứng. Không suy ra xe đang chạy bắt buộc dừng ngay, vì chuyển động thực tế còn có quán tính và các tác dụng khác. Đáp án A.