Krefter i forskjellige retninger
- Kompresjonskraft
- Trekkkraft (spenning)
- Skjærkraft
- Torsjon
- Bøying
Newtons prinsipper
For å forstå krefter og deres virkning på menneskelig bevegelse, er det nyttig å kjenne til de fysiske lovene formulert av Sir Isaac Newton som styrer bevegelsen til alle objekter;
Treghet : Alt med samme hastighet og retning så lenge ingen kraft virker på det. Med andre ord, kraften som kreves for å sette et objekt i bevegelse og for å motvirke eller stoppe et objekt som allerede er i bevegelse. Treghet til et legeme er proporsjonal med massen. Hvis du for eksempel løfter vekter, krever en tyngre vekt mer kraft både for å sette den i bevegelse og for å bremse eller stoppe bevegelsen enn en lettere.
Akselerasjon og momentum; F=ma Kraft er avhengig av masse og akselerasjon. Denne loven sier at kraften (F) som virker på et legeme som beveger seg i en gitt retning er lik legemets masse (m) multiplisert med legemets akselerasjon (a): F = ma.
Fra dette kan vi se at akselerasjonen til et legeme er proporsjonal med størrelsen på kraften som påføres: a = F / m. Så akselerasjonen til et legeme avhenger av hvor hardt du skyver det, delt på massen. Jo hardere du skyver eller trekker noe, desto raskere vil det akselerere i retning av kraften. Den andre loven gjelder også for hastigheten til et legeme. Lineært eller vinkelmoment er mengden momentum som et legeme i bevegelse har, og er lik massen ganger hastigheten. Dette betyr at momentumet til et legeme kan økes ved å øke massen eller hastigheten. Så når du løfter en vekt på 10 kg og deretter en vekt på 20 kg med samme hastighet, vil 20 kg-vekten ha mer fart. Å løfte en vekt på 10 kg med høy hastighet krever mer kraft enn å løfte den samme vekten med lavere hastighet, selv om motstanden er den samme. Jo mer momentum øker, desto mer kraft kreves også for å stoppe eller endre retning. Momentum kan være en positiv kraft når man spiller sport som fotball, der spillere løper nedover banen i håp om at motstanderne ikke kan matche hastigheten deres. Men i progressiv kondisjonstrening må din egen kropp kunne stoppe momentumet du skaper. For mye momentum kan forårsake skader, spesielt når man jobber med vekter. Styrketrening bør utføres i hastigheter som er under full muskelkontroll. Med andre ord, hvis du «jukser» ved å starte en bevegelse med momentum fra en annen kroppsdel enn den du fokuserer på, kan drivkraften til den bevegelige vekten være større enn muskelens evne til å bremse og stoppe den.
Handlings-reaksjonsprinsippet; Alle krefter som virker på et objekt i ro motvirkes av en lik og motsatt kraft. Dermed er det for hver handling en lik og motsatt reaksjon. Denne loven gjelder krefter som kroppen må absorbere under aktiviteter som løping, hopping og aerobic med høy belastning. Overbelastnings- og belastningsskader kan skyldes kroppens manglende evne til å motstå støt- og reaksjonskrefter. Støt på føtter og kropp øker raskt, spesielt hos større individer eller under aktiviteter med høy akselerasjon. Landingskraften er kroppens masse (m) ganger dens økte akselerasjon (a). Kroppen utøver en kraft (m × a) på bakken, bakken utøver en lik og motsatt reaktiv kraft på kroppen som må spres gjennom dens støtdempende strukturer. Skader oppstår ofte når kroppen er feiljustert, slik at kreftene ikke er jevnt fordelt, eller er konsentrert i vev som ikke er designet for å absorbere så sterke krefter. Dette forklarer videre hvorfor overbelastnings- og belastningsskader også kan oppstå i vekttrening der høy momentum er en faktor: kraften i vevet som er involvert i å stoppe bevegelsen må samsvare med vektens masse og kroppssegmentets masse multiplisert med akselerasjonen til vekten og kroppssegmentet.
Eksempler på spaksystemer i kroppen
X = Rotasjonsakse
F (forkortelse for biceps) = Drivkraft
R (Vekt i hånden) = Motstandskraft
Fa (bicepskraft × lengde mellom bicepsfeste og rotasjonsakse) = Drivkraftens spak
Ra (Vekt × avstand fra rotasjonsaksen) = Motstandsspak
Når en kraft virker på en spak i en viss avstand fra rotasjonsaksen, blir resultatet en vridningseffekt. Denne vridningen kalles drivmomentet. Størrelsen på drivmomentet finnes ved å multiplisere kraftmengden med spakens lengde (den vinkelrette avstanden fra rotasjonsaksen). Derfor er F × Fa dreiemomentet til drivkraften (biceps), og R × Ra er dreiemomentet til motstanden. Rotasjon skjer i den retningen som har det største dreiemomentet.
Eksempel på beregning av drivmoment
En klient som holder en vekt i hånden blir bedt om å holde den stabilt i en 90-graders fleksjonsvinkel ved albueleddet. Kraften fra vekten og armsegmentet anses å være 10 kg. Albuebøyerne anses å virke i en vinkelrett avstand fra albueleddet på 5 cm. Lengden på vektarmen (vekt + armsegment) er 38 cm. Hva er dreiemomentet til albuebøyerne i et balansert system?
For å beregne albuebøyerens dreiemoment, bruk følgende ligning:
R × Ra = F × Fa
10 kg × 38 cm = 380 kg-cm
I et balansert system vil motstandens dreiemoment og albuebøyernes dreiemoment være lik 380 kg-cm.
For å svare på spørsmålet om hvor mye kraft som må skapes for å holde 10 kg-vekten stabil, løs for F:
Rx × Ra = F × Fa
10 kg × 38 cm = F × 5 cm
380 kg-cm = F × 5 cm
380 kg-cm / 5 cm = F
F = 76 kg
R = Motstand, Ra = motstandsarm, F = drivkraft; Fa = kraftarm
Muskelkraftproduksjon
Forholdet mellom lengde og spenning
Fig. 1 Forholdet mellom lengde og spenning. Hvordan muskelen genererer kraft avhengig av sin nåværende lengde.
Forholdet mellom muskellengde og -spenning
Muskellengde-spenningsforholdet er forholdet mellom fiberens lengde og kraften fiberen produserer ved den lengden. Denne lengden refererer til lengden på en isolert fiber og er avhengig av plasseringen av aktin- og myosinfilamentene i sarkomerene, som vist på bildet ovenfor.
Kraft-hastighetskurve
Fig. 2 Forholdet mellom kraft og hastighet. Hvordan muskelen genererer kraft i forhold til kontraksjonshastighet og type kontraksjon.
Kraft-hastighetskurven vist ovenfor illustrerer oppførselen til isolerte muskelfibre. Selv om folk flest antar at dette forholdet er bevart på tvers av muskel-/senesystemsegmenter i kroppen, er det faktisk mye mer komplisert enn som så. For eksempel finnes det bevis i noen bevegelser for at mens muskelens totale lengde øker (ser ut til å være en eksentrisk sammentrekning), trekker muskelfibrene seg faktisk konsentrisk sammen (forkortes), og forskjellen utgjøres av forlengelsen av de ikke-kontraktile delene av muskelen (sene og fascia). Siden kraftproduksjon i stor grad påvirkes av disse strukturene, blir virkeligheten mer kompleks enn det klassiske kraft-hastighetsforholdet.
Muskler og kraftproduksjon
Antall og størrelse på muskelfibre, fibrenes type og konfigurasjon, samt nevrologisk trening og rekruttering er alle faktorer som påvirker en muskels evne til å generere kraft. Det finnes flere typer muskelarrangementer, inkludert pennate (unipennate, bipennate, multipennate) og longitudinale (fusiforme) muskler. Pennate muskler er designet for høyere kraftproduksjon enn longitudinale muskler. De fleste muskler i kroppen er pennate, der fibrene ligger skrått i forhold til trekkretningen, som vanligvis anses å være en rett linje mellom muskelens to festepunkter.
Penniforme muskler tillater at et større antall fibre pakkes inn i et gitt tverrsnittsareal, slik at flere fibre kan bidra til kraftproduksjon. Quadriceps er et eksempel på en penniform muskel som kan produsere betydelige mengder kraft, og festepunktene er relativt langt fra de bevegelige leddene.
Longitudinale muskler er lange og smale med parallelle fibre som går i samme retning som muskelen. Denne typen arrangement tillater raske sammentrekninger, men fordi tverrsnittet er lite, er sammentrekningskraften begrenset. Sartorius og Rectus Abdominis er eksempler på longitudinale muskler.
Anatomiske, fysiologiske og biomekaniske faktorer er viktige for å bestemme passende motstand for en klient og når man utformer treningsprogrammer. Muskelens struktur gir mye informasjon om dens primære funksjon og hvordan den bør trenes.