4.7 Momenten in het menselijk lichaam

De turner op de foto maakt een hoeksteun. Door de zwaartekracht willen de benen omlaag zakken. Houdt de turner de benen omhoog, dan zal de romp naar achter willen draaien. Welke momenten spelen hier een rol?

Figuur 4.59

Gewrichten en draaibeweging

Bij ieder gewricht in het lichaam vindt een draaiing plaats. De spieren rond het gewricht zorgen voor momenten ten opzichte van een of meer draaiassen. Het ellebooggewricht is een gewricht met één draaias. De pols kan in twee richtingen draaien. De schouder is een gewricht met drie draaiassen.

Bij alle gewrichten zorgen spieren voor de gewenste beweging. De kracht van iedere spier zorgt voor een moment en daarmee voor een draaiing van het bot om het gewricht. In figuur 4.60 zie je de botten en spieren rondom het ellebooggewricht.

triceps gespannen, biceps ontspannen triceps ontspannen, biceps gespannen

Figuur 4.60

a b

Aan de voorkant van de bovenarm zit de biceps. Als deze spier samentrekt, zorgt hij voor een moment dat de onderarm naar boven laat draaien. Aan de achterkant van de bovenarm zit de triceps. Samentrekken van deze spier geeft een moment in tegenovergestelde richting. Door beide spieren te gebruiken kun je de arm in elke positie in evenwicht houden.

Zwaartepunt in het menselijk lichaam

Natuurlijk werkt de zwaartekracht ook op je lichaam. Om de krachten op het menselijk lichaam te begrijpen, moet je weten waar je zwaartepunt zit. De plaats van je zwaartepunt hangt af van je lichaamslengte en van de verdeling van massa over je lichaam. Hierdoor zit het zwaartepunt bij mannen en vrouwen niet op dezelfde plek. Staat een man rechtop met zijn armen tegen zijn lichaam aan, dan zit zijn zwaartepunt ter hoogte van zijn navel. Bij een vrouw in dezelfde houding ligt het zwaartepunt ter hoogte van de heupen. Dat komt doordat het bekken van vrouwen meestal groter is.

Het lichaamszwaartepunt hangt af van de zwaartepunten van de armen, de benen, het hoofd en de romp. De plaats van het lichaamszwaartepunt schat je door te kijken naar deze afzonderlijke zwaartepunten. Verander je de houding van een lichaamsdeel, dan verplaats je het zwaartepunt van het lichaam. Houd je je arm omhoog, dan heeft de zwaartekracht op je arm een moment ten opzichte van het draaipunt. Dat moment moet je opheffen met een moment van je spierkracht. Daarom is het erg vermoeiend om lange tijd je arm omhoog te houden.

Hoeksteun: momenten bij de heupen

In figuur 4.61 zit het draaipunt van de benen in het heupgewricht H. Punt ZB is het zwaartepunt van de benen. De zwaartekracht op de benen Fzw,B zorgt voor een moment rechtsom ten opzichte van punt H. Om de benen horizontaal te houden, moeten de buikspieren een moment linksom ten opzichte van punt H geven, met behulp van de spierkracht Fspier. De arm van de spierkracht is kleiner dan de arm van de zwaartekracht Fzw,B. Daardoor is de spierkracht veel groter dan de zwaartekracht op de benen.

Figuur 4.61

zw,B

Hoeksteun: momenten bij de romp

Bij de hoeksteun zorgen de buik- en beenspieren dat de benen horizontaal blijven ten opzichte van de romp. De armspieren moeten het lichaam als geheel in positie houden. In figuur 4.62 is ZR het zwaartepunt van de romp en ZB het zwaartepunt van de benen. Bij een rechtopstaand lichaam ligt het zwaartepunt van het hele lichaam in de buik. Door de benen naar voren te strekken verplaatst het zwaartepunt zich naar buiten het lichaam: voor de romp en boven de benen. In figuur 4.62 is dat aangegeven met punt ZRB. Het aangrijpingspunt van de zwaartekracht op romp en benen is dus ZRB.

S

zw,RB

Figuur 4.62

Het lichaam kan draaien om het draaipunt S bij het schoudergewricht. De werklijn van de zwaartekracht loopt niet door dit draaipunt. Daardoor zorgt de zwaartekracht voor een moment Mzw,RB rechtsom ten opzichte van punt S. Om de hoeksteun vast te houden, moet er een moment linksom ten opzichte van punt S op de romp werken. Hiervoor zorgen de spieren bij het schoudergewricht. Dit zijn de spieren verbonden met de ribbenkast en het bot van de bovenarm. Je ziet dat de arm van de spierkracht Fspier kleiner is dan de arm van de zwaartekracht. Om ten opzichte van punt S een moment Mspier te krijgen dat even groot is als Mzw,RB moet de spierkracht veel groter zijn dan de zwaartekracht.

▶ tekenblad 37 In figuur 4.63 zie je het menselijk lichaam in verschillende standen getekend.

In figuur 4.63a is het zwaartepunt aangegeven met Z.

Geef in de figuren b, c en d de plaats aan van het zwaartepunt ten opzichte van figuur a.

Z

a b c d

Figuur 4.63

▶ hulpblad 38 De massa van de turner in figuur 4.62 is 65 kg. De benen bevatten 31% van de totale massa en de armen 12,5%. a Bereken de massa van de benen en romp samen. b Schat de arm van de zwaartekracht die werkt in punt ZRB. c Schat de arm van de spierkracht. d Bereken met de hefboomwet de grootte van de spierkracht.

39 Een ‘balansarmbandje’ zou het evenwicht van de drager verbeteren. Om de werking aan te tonen, geeft de verkoper een demonstratie. Amy moet op één been gaan staan met de armen horizontaal gespreid. Zie figuur 4.64. De verkoper duwt vervolgens bij punt A op de bovenarm van Amy. Hij duwt loodrecht naar beneden. Terwijl de verkoper duwt, moet Amy haar armen in een hoek van 90° blijven houden ten opzichte van de romp. Zonder bandje valt zij om. Zij draait daarbij om punt D. a Leg uit dat Amy omvalt.

Om Amy om te laten vallen, kan de verkoper ook op de A andere arm duwen. De verkoper wil echter een zo klein mogelijke kracht uitoefenen bij het duwen. b Leg uit waarom de verkoper aan de kant van het ingetrokken been duwt.

De proef wordt herhaald, waarbij Amy een bandje draagt. De verkoper verandert nu de richting van zijn duwkracht. Daardoor valt Amy niet om. c Teken in figuur 4.64 de werklijn van de duwkracht van de verkoper waarbij Amy niet omvalt. d Leg uit dat Amy nu niet omvalt.

▶ tekenblad

D

Figuur 4.64

▶ tekenblad 40 Het verschil in zwaartepunt tussen man en vrouw kun je aantonen met het volgende experiment. Een man en een vrouw gaan met hun gezicht naar een muur staan op een afstand van twee voetlengtes. Zie figuur 4.65. Vervolgens buigen beiden voorover en steunen met hun hoofd tegen de muur. De armen leggen ze op de rug. a Schets in figuur 4.65 de plaats van het zwaartepunt bij de man. b Schets in figuur 4.65 de plaats van het zwaartepunt bij de vrouw.

Vervolgens proberen ze rechtop te gaan staan zonder hun voeten te verplaatsen of hun handen te gebruiken. Daarbij oefenen ze kracht uit met hun tenen op de grond.

De meeste vrouwen zullen overeind komen, maar de meeste mannen niet. c Leg dit uit met behulp van je antwoorden op de vragen a en b.

Oefenen B

Oefen met hoofdstuk 4

Figuur 4.65