Geometriaa: Reisiojennus
Tarkastellaan alla näkyvän kuvan tilannetta. Kuvassa ollaan siis
harjoittelemassa jalan lihaksia "reisiojennuksena" tunnetulla
liikkeellä. Kun katsot tilanteesta piirrettyä mallinnekuvaa, huomaat,
että tämän liikkeen tekee itse asiassa lihas, joka sijaitsee reisiluun
päällä. Lihas supistuu, ja lihaksen voima välittyy jänteiden ja
polvilumpion avulla liikkeeksi, joka pyrkii ojentamaan reittä. Tässä
tehtävässä lasketaan, minkäsuuruinen voima vaaditaan lihakselta, jotta
reisi ojentuu. Tässä tehtävässä nostettavan punnuksen paino on 30
kilogrammaa, mutta voima, joka lihakselta vaaditaan, on yllättävästi
paljon suurempi.
Polvilumpio, ja piste polvilumpion alla, jossa säären luut kohtaavat (piste C), toimii tässä tapauksessa kuin rissapyörä. Reisiluun päällä oleva lihas supistuu, ja voima välitetään jänteillä polvilumpion kautta sääriluuhun. Havainnekuvaan on piirretty punainen voimavektori tämän välittävän jänteen kohdalle (pisteestä D lähtevä punainen vektori). Tämä voima aiheuttaa vääntömomentin, joka saa säären ojentumaan. Muistathan, että vääntömomentti voidaan laskea "voima kertaa vipuvarsi". On tärkeää muistaa tässä määritelmässä, että näin laskettaessa vipuvarren ja voimavektorin pitää olla toisiaan vastaan kohtisuorassa.
Tehtävässä tarvittavia lukuarvoja:
Janan CD pituus: 40 mm
Janan HF pituus: 138 mm
Janan IG pituus: 310 mm
Säären massa: 4 kg
Punnuksen massa: 30 kg
RATKAISU:
Kirjoitetaan laskussa kaikki pituudet metreinä. Merkitään reisiluun päällä olevan lihaksen tuottamaa voimaa symbolilla F. Kaavassa esiintyvä symboli on maan painovoimakiihtyvyys, .
Momentti myötäpäivään = Momentti vastapäivään
Tämä voima vastaa 246.30 kilogramman painoa.