Berechnen Muskelkraft am Ellenbogengelenk Bei einer Hantel
In der Biomechanik, beinhaltet ein gemeinsames Wort Problem gelöst werden, um die Größe der Muskelkraft Berechnung benötigt, um ein Gewicht in der Hand zu halten. Ein typisches Problem ist in etwa so formuliert:
Eine Person hält einen 500 Newton (N) Hantel in seiner rechten Hand. Sein Unterarm und Hand gehalten Schreibwaren in der horizontalen Position ohne Rotation am Ellenbogengelenk. Der Unterarm und Hand Segment wiegt 17 N, und der Schwerpunkt des Unterarms / Hand-Segment 0,23 Meter (m) von der Achse des Ellbogengelenks. Der Schwerpunkt der Hantel ist 0,34 m vom Ellenbogengelenk. Wenn der Muskel, den Arm in dieser Position zu halten 0,05 m vom Ellenbogengelenk fügt, wie viel Muskelkraft erforderlich, um den Unterarm / Hand zu halten, im Ellenbogengelenk dreht?
Viele Schüler sind ratlos durch, wie diese Art von Problem zu lösen. Eine Schritt-für-Schritt-Lösung beinhaltet das herauszufinden, zunächst die Biomechanik Konzept herausnehmen und dann die Auswahl und die entsprechende Gleichung zu lösen.
"Um den Unterarm / Hand halten von im Ellenbogengelenk Dreh" bedeutet Winkelbeschleunigung zu verhindern. Keine Winkelbeschleunigung ist ein Teil einer Situation genannt Gleichgewicht. Die Grundgleichgewichtspunkt ist, dass es keine unausgeglichenen Kräfte lineare Beschleunigung verursacht, und es gibt keine unausgeglichenen Drehmomenten Winkelbeschleunigung des Körpers verursacht. (Der Körper, in diesem Fall ist der Unterarm / Hand, um die Hantel, die am Ellenbogengelenk frei drehen.) Also, das Konzept der Biomechanik ist anzuwenden Gleichgewicht.
Gleichgewicht in Gleichung Format wird angegeben als
# 931-F = 0 (wobei F ist Kräfte)
# 931-T = 0 (wobei T ist Drehmomenten)
Die Frage beschreibt Verhindern einer Drehung des Unterarms / Hand im Ellenbogengelenk, was bedeutet, zu halten # 931-T = 0 im Ellenbogengelenk. Die Biomechanik Konzept anzuwenden ist das Drehmoment.
Drehmoment ist die Drehwirkung einer Kraft, als das Produkt einer Kraft berechnet (F) Und dessen Kraftarm (MA), Geschrieben mathematisch als T = F x MA. Bevor Sie die Drehmomente summieren können, müssen Sie die Kräfte zu identifizieren, die einen Moment Arm haben und ein Drehmoment erzeugen kann. Um dies zu tun, gehen durch das Problem, identifizieren jede Kraft, und geben Sie ihm ein Etikett:
Das Gewicht der Hantel kann beschriftet werden WD (woher D steht für Hantel).
Das Gewicht des Unterarms / Hand Segment beschriftbar WS (woher S steht für Segment).
Die Muskelkraft kann beschriftet werden FM (woher M steht für Muskel).
Das Gewicht ist eine Kraft, die immer nach unten wirkt. Verwenden ein Pluszeichen (+) für die Aufwärtsrichtung und ein Minuszeichen (-) für die Abwärtsrichtung. Gewichte sind in der Mitte der Schwerkraft des Körpers und der Position des Schwerpunkts angewandt sowohl für das Segment und dem Dumbbellgewicht gegeben.
Erstellen Sie eine Tabelle mit, was Sie die Drehmomente berechnen verwenden, und geben Sie die bekannten Informationen aus dem Wortproblem, Art wie folgt aus:
| Kraft | Größe und Richtung | Moment-Arm (MA) | Drehmoment (T = F - MA) | Drehmoment-Name |
|---|---|---|---|---|
| WD | -500 N | 0,34 m | -170,0 Nm | TD |
| WS | -17 N | 0,23 m | -3,9 Nm | TS |
| FM | Unbekannt, zu lösenden | 0,05 m | Unbekannt | TM |
Es ist wichtig, dass die Gewichte als negative Kräfte aufgeführt werden. Der Kraftarm für jede Kraft ist auf der gleichen Seite des Ellenbogengelenks Achse so eingestellt sie alle als positiv. Die Hebelarme für das Segment Gewicht und der Hantel Gewicht sind der Abstand jedes Schwerpunkt der Ellbogenachse, da der Unterarm / Hand in der horizontalen Position befindet.
Das Drehmoment, das von jeder Kraft erzeugt wird, als das Produkt aus der Kraft und der Kraftarm berechnet. Die Gewichte (Segment und Hantel) schaffen negativen Momente, und es ist wichtig, die Richtung sowie die Größe des Drehmoments in der Tabelle aufgelistet.
Verwenden Sie dann die Gleichung # 931-T = 0 für das Drehmoment durch den Muskel geschaffen zu lösen (TM). Um dies zu tun, erweitern Sie die Gleichung alle Drehmomente aufzulisten, wie folgt aus:
TM + TD + TS = 0
Nun isolieren für die unbekannte Muskelmoment:
TM = -TD - TS
Füllen Sie die bekannten Werte aus der Tabelle, die Sie erstellt und zu lösen:
TM = - (- 170 Nm) - (-3,9 Nm) = 173,9 Nm
Der Muskel muss ein Drehmoment von 173,9 Nm, in entgegengesetzter Richtung zu den nach Segmenten und Dumbbellgewichte, erstellt Momente schaffen, um Winkelbeschleunigung zu verhindern.
Der letzte Schritt ist es, die Muskelkraft zu berechnen (FM) Unter Verwendung der folgenden Gleichung:
TM = FM x MAM
Isolieren Sie für FM, Herstellung der Gleichung:
Schließlich schreiben Sie Ihre Antwort:
Der Muskel Drehmoment Drehung zu verhindern erforderlich ist 3478 N. nicht alarmiert Sie, wenn Sie eine große Kraftwert aus dem Muskel berechnen - der Muskelkraft ist immer viel größer als die Kraft gehalten in der Hand, wegen der kurzen Moment Arm für die Muskel am Gelenk.