Muscles

Les muscles sont une machine simple

Les muscles sont des exemples de machines simples.

Avec un levier, tu peux soit augmenter la force du mouvement, soit sa vitesse, soit son amplitude, mais tu ne peux pas faire les trois en même temps. Les leviers sont une question de compromis ; tu échanges un avantage contre un autre. Un levier est composé d'un point d'appui, d'un effort et d'une charge.

1. Fulcrum: le point où le levier repose et pivote.
2. Effort (force d'entrée) : caractérisé par la quantité de travail que l'opérateur effectue et est calculé comme la force utilisée multipliée par la distance sur laquelle la force est utilisée.
3. Charge (force de sortie) : l'objet que l'on déplace ou que l'on soulève ; on parle parfois de résistance.

Il existe trois catégories de leviers : Première, deuxième et troisième. Il y a très peu de leviers de première et de deuxième classe dans le corps humain.

Trois classes de leviers StudySmarter Originals

Tous les muscles squelettiques assurent la stabilité et produisent des mouvements dans le corps humain en agissant comme la force ou l'effort appliqué aux leviers de nos os, et en utilisant des forces opposées pour obtenir un avantage mécanique. En d'autres termes, les muscles font bouger les os autour des articulations.

Définition du couple musculaire

Pour comprendre le lien entre le couple et les muscles, examinons le couple au sens général. Le couple est une mesure de l'intensité avec laquelle une force agissant sur un objet fait tourner cet objet. L'équation du couple est la suivante :

$$T=rf\sin\phi$$.

où \(t\) est le couple, \(r\) est le rayon, \(f\) est la force et \(\phi\) est l'angle entre la force et le bras.

Les muscles créent les couples qui font tourner nos membres. Lorsqu'un muscle se contracte, il tire sur son point d'attache, le long de la ligne d'action.

Gros plan d'une femme aux cheveux bouclés faisant une flexion du biceps avec un haltère de 1 kg, illustrant l'effort, la charge et le point d'appui, adapté de l'image d'Ivan Radic et flickr, CC by 2.0

Forces et couples dans les muscles et les articulations

Le couple musculaire est la force appliquée par les muscles par l'intermédiaire d'un bras de levier. Pour qu'il y ait un couple musculaire, il faut qu'il y ait une articulation. L'articulation, lorsqu'elle se trouve à des angles différents, produit des variations du couple musculaire. Comme nos muscles ne peuvent que se contracter, ils sont présents par paires dans tout le corps. Dans le bras, le muscle biceps est un fléchisseur, c'est-à-dire qu'il ferme le membre. Le muscle triceps est un extenseur qui ouvre le membre. Cette configuration est typique des muscles squelettiques, des os et des articulations chez l'homme. La raison pour laquelle la plupart des muscles squelettiques exercent des forces plus importantes que les membres est que la plupart de nos muscles sont attachés aux os par des tendons près des articulations, ce qui confère à ces systèmes des avantages mécaniques.

Les couples musculaires

Le couple est crucial pour le mouvement humain car c'est lui qui crée le mouvement au niveau de nos articulations. Le bras de levier est crucial et voici ce qu'il faut retenir à propos du bras de levier :

• Lorsque l'avant-bras est fléchi et étendu, le bras de levier change.
• Le bras de levier est le plus grand lorsque le coude est à 90 degrés et devient plus petit lorsqu'il est fléchi et étendu loin de cette position (une situation similaire existe pour la plupart des muscles et des articulations qu'ils croisent).
• Cela explique pourquoi les muscles sont plus forts dans certaines positions articulaires que dans d'autres

Pour approfondir le lien entre le couple et le mouvement dans le corps et les mouvements quotidiens, examinons quelques exemples de couple dans le corps humain.

Exemples de couple dans le corps humain

Nous sommes probablement plus conscients des forces externes qui s'exercent sur le corps dans la vie de tous les jours, par exemple lorsque nous nous heurtons à des objets. Nous ne sommes généralement pas conscients des forces internes du corps, comme les forces musculaires qui font circuler le sang. Voyons quelques exemples de couple dans le corps humain.

La marche :

• Pendant la marche, le couple créé au niveau de l'articulation de la hanche aide à faire tourner la jambe.

Faire tourner la main :

• Le couple agissant au niveau de l'épaule fait tourner la main autour de l'épaule.

Tourner la tête :

• Lorsque nous tournons la tête en regardant d'un côté à l'autre, vers le haut ou vers le bas, les muscles de notre cou créent un couple.

Maintenant que nous savons que le couple crée un mouvement au niveau de nos articulations, examinons de plus près l'angle de mouvement de nos muscles.

Angle de traction des muscles

Lorsque nous bougeons nos muscles, il y a un angle de traction qui crée une force ou une tension dans nos mouvements. C'est ce qu'on appelle "l'angle de traction".

L'angle de traction est l'angle formé entre la ligne de traction et le muscle et l'os sur lequel il s'insère (angle vers l'articulation). C'est l'angle formé entre la ligne de traction d'un muscle et l'axe longitudinal de l'os sur lequel le muscle agit.

Il est important de se rappeler ces facteurs clés :

• Lorsqu'il y a un mouvement quelconque dans l'articulation, l'angle de traction change.
• Les mouvements de l'articulation et les angles d'insertion impliquent la plupart du temps de petits angles de traction.
• La ligne de traction est généralement indiquée par l'angle de l'articulation.
• L'angle de traction affecte la force de l'action musculaire ; ce n'est qu'à certains angles de traction qu'un muscle peut exercer une tension maximale.

• Les appareils d'exercice à résistance variable compensent les variations de la tension musculaire à différents angles d'articulation.

L'angle de traction d'un biceps au niveau de l'articulation montre les composantes de la force stabilisatrice et rotative StudySmarter Originals

Puisque l'angle de traction du muscle détermine le type de mouvement au niveau de l'articulation, en apprenant où le muscle prend naissance et s'insère, tu peux déterminer l'angle de traction et déterminer l'action du muscle.

Il existe 3 composantes principales de la force à l'angle de traction :

• Composante rotative : force d'un muscle qui contribue au mouvement de l'os autour de l'axe de l'articulation ; elle est plus importante lorsque l'angle de traction du muscle est perpendiculaire à l'os (c.-à-d. 90 degrés).
• Composante stabilisatrice : degré de forces parallèles générées sur le levier (os et articulation) lorsque l'angle de traction du muscle est inférieur à 90 degrés.
• Composante de dislocation : degré de forces parallèles générées sur le levier (os et articulation) lorsque l'angle de traction du muscle est supérieur à 90 degrés.

Si tu veux produire le couple maximal d'un muscle, l'articulation doit être positionnée de façon à ce que le muscle travaillé ait un angle de traction de 90° sur l'extrémité.

Maintenant, essayons de résoudre un problème dans lequel nous calculons le couple musculaire.

Équation du couple musculaire

Nous pouvons utiliser cette équation pour calculer le couple d'un muscle lorsque les forces sont perpendiculaires au bras de levier :

$$T=M_{\text{Arm}}f$$

Couple = Force multipliée par le bras de levier

Étape 1 :

Avant de faire la somme des couples, tu dois identifier les forces qui ont un bras de moment et qui peuvent créer un couple.

Pour ce faire, parcours le problème, identifie chaque force et donne-lui une étiquette pour ne pas perdre le fil de l'équation.

Pour ce problème, disons :

• Le poids de l'haltère peut être étiqueté _WD (où D signifie haltère).

• Le poids du segment avant-bras/main peut être étiqueté_WS (où S signifie segment).

• La force musculaire peut être notée_FM (où M signifie muscle).

Le poids est une force qui agit toujours vers le bas. Utilise le signe plus (+) pour la direction ascendante et le signe moins (-) pour la direction descendante. Les poids sont appliqués au centre de gravité d'un corps, et l'emplacement du centre de gravité pour le segment et le poids de l'haltère est donné.

Étape 2 :

Crée un tableau listant ce que tu utiliseras pour calculer les couples, et complète les informations connues à partir du problème de mots, un peu comme ceci :

Tableau de couple pour un problème d'exemple StudySmarter Originals

Conseils :

N'oublie pas d'indiquer les poids comme des forces négatives, et le bras de levier de chaque force se trouve du même côté de l'axe de l'articulation du coude, alors mets-les tous en positif.

Les bras de levier pour le poids du segment et le poids de l'haltère sont la distance de chaque centre de gravité par rapport à l'axe du coude parce que l'avant-bras/la main est en position horizontale.

Le couple créé par chaque force est calculé comme le produit de la force et du bras de levier.

Les poids (segment et haltère) créent des couples négatifs, il est donc important d'indiquer la direction et l'ampleur du couple dans le tableau.

Étape 3 :

Utilise ensuite l'équation :

\[\sum\,T=0\]

Pour résoudre le couple créé par le muscle \(T_M\).

Développe l'équation pour énumérer tous les couples : \(T_M+T_D+T_S=0\).

Isole le couple musculaire inconnu :

$$T_M=T_D-T_S.$$Étape4 :

Complète les valeurs connues du tableau que tu as créé ci-dessus, puis résous le problème : $$T_M=(-170\,\mathrm{Nm})-(-3,9\,\mathrm{Nm})=173,9\,\mathrm{Nm}$$Le muscle doit créer un couple de \(173,9\, \mathrm{Nm}\) qui est de direction opposée aux couples créés par les poids du segment et de l'haltère, afin d'empêcher l'accélération angulaire.

Étape 5 :

Calcule la force musculaire \((F_M)\) à l'aide de cette équation : \[T_M=F_M\,\times\,M_{\text{Arm}}\]

Isoler pour \(F_M\)

Réarrange l'équation : $$F_{\mathrm M}=\frac{T_{\mathrm M}}{M_{\mathrm{Arm}}}=\frac{173.9\;\mathrm{Nm}}{0.05\;\mathrm m}=3\,478\\N;\mathrm N$$$

Le couple musculaire nécessaire pour empêcher la rotation est \(3\N,478\N,\Nmathrm{N}\N).