Опорно-двигательная система: кости, суставы и рука как рычаг

Кости скелета выполняют опорную и защитную функции, а суставы обеспечивают подвижность. Кости двигают скелетные мышцы: мышца может только сокращаться (укорачиваться), а растягивает её противоположно действующая — мышца-антагонист. На руке бицепс (двуглавая мышца) спереди плеча сгибает руку, трицепс (трёхглавая) сзади — разгибает.

Кости предплечья работают как рычаг: точка опоры — локтевой сустав, бицепс крепится к предплечью всего в ≈ 4 см от сустава, а груз в руке — в ≈ 35 см. Правило рычага: F₁·d₁ = F₂·d₂. Поэтому бицепс развивает силу ≈ в 9 раз больше веса груза — проигрываем в силе, зато кисть движется быстро и на большое расстояние.

бицепс ↔ трицепсмышцы-антагонистыF₁·d₁ = F₂·d₂правило рычагаF₁ ≈ 8,75 · F₂бицепс: d₁ = 4 см, d₂ = 35 смменяй угол в локте и груз ↓Локоть 90°: бицепс держит 5 кг — ≈ 440 Н

Слева рука, как в учебнике: плечевая кость, кости предплечья (лучевая и локтевая), спереди бицепс, сзади трицепс, локтевой сустав. Сокращённая мышца ярко-красная и толще. Справа та же рука как схема рычага. g = 10 Н/кг.

Угол в локте90°Груз в руке5

• Вес груза, F₂
• Мышцы
• Рычаг

Задание 1 / 3○○○

Держи груз 5 кг: бицепс ≈ 438 Н.

Настрой ползунки и кнопки…

Что показывает симуляция?

языком ползунков

• Согни руку (уменьши угол): бицепс укорачивается и утолщается, трицепс растягивается.
• Разогни руку (170°): теперь сокращается трицепс, бицепс растянут — мышцы-антагонисты.
• Для груза 5 кг бицепс развивает ≈ 440 Н — в 8,75 раза больше веса груза.
• Увеличь груз вдвое: сила бицепса тоже вырастет вдвое.
• Рычаг даёт проигрыш в силе, но кисть проходит путь ≈ в 9 раз больше, чем укорачивается мышца.

Виды соединения костей

подвижность

Соединение	Пример	Движение
Неподвижное (шов)	кости крыши черепа	нет
Полуподвижное (хрящ)	между позвонками	небольшое
Сустав — блоковидный	локоть, колено	сгибание-разгибание в одной плоскости
Сустав — шаровидный	плечо, бедро	во всех направлениях
Строение сустава: суставная головка и впадина, хрящ, суставная сумка, суставная жидкость

Самые частые ошибки

красной ручкой«Мышца может толкать»

Мышца только тянет, сокращаясь. Чтобы разогнуть руку, должна сократиться другая мышца — трицепс.

Считать силу бицепса равной грузу

Бицепс крепится близко к суставу: d₁ ≪ d₂, поэтому F₁ = F₂·d₂/d₁ намного больше груза.

Путать сустав и кость

Сустав — подвижное соединение двух костей: суставные поверхности покрыты хрящом, окружены сумкой, внутри жидкость.

Разобранные задачи

сначала реши сам

Задача 1

В руке груз 3 кг (g = 10 Н/кг). Бицепс крепится в 4 см от локтя, груз — в 32 см. Найдите силу бицепса.

Показать решениеF₂ = 30 Н; F₁·4 = 30·32F₁ = 240 Н

Ответ: 240 Н.

Задача 2

Почему тяжёлое ведро легче нести, повесив на локоть, чем держа в кисти?

Показать решениеГруз ближе к локтю: d₂ уменьшаетсяF₁ = F₂·d₂/d₁ уменьшается — бицепс тратит меньше силы

Ответ: плечо груза становится короче.

В реальной жизни: носи сумку на локте, а не в кисти

правило рычагаСумка в кисти: плечо груза ≈ 35 см

Наше тело полно рычагов: стопа, челюсть, голова. Если при подъёме тяжести держать её ближе к телу, нагрузка и на мышцы спины уменьшается в разы — это главный совет физиотерапевтов.

Проверь себя: 5 тестовых заданий

5 вопросов

1Какая мышца сгибает руку в локте?

2Что такое мышцы-антагонисты?

3Каким суставом является локоть?

4Почему сила бицепса больше веса груза?

5Открытый вопрос: d₁ = 4 см, d₂ = 36 см, вес груза 20 Н. Какую силу в Н развивает бицепс? Запиши ответ числом.

Источник

Программа вступительных экзаменов ДИМ 2026: Биология (анатомия) → Опорно-двигательная система: скелет, соединения костей, суставы, скелетные мышцы, мышцы-антагонисты, работа мышц.