Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.
опубліковано: 24.11.2025
Важелі, сила і рух: базова фізика фітнесу
Фізичні навантаження недарма оперують похідними від термінів «фізика» та «вага». Фізика описує процеси матеріального світу, взаємодію між його об’єктами. Навантаження ж передбачають роботу з вагою — власною чи вагою предмета. Навіть метафоричне значення слова «навантаження», коли йдеться, скажімо, про розумову роботу, має те саме значення — робота з чимось, що вимагає зусиль для зрушення. У цьому тексті з серії від тренерки з оздоровчого фітнесу Аліси Пивоварчик з’ясовуємо основи біомеханіки — розділу фізики, який вивчає рух і взаємодію живих тіл. Це допоможе орієнтуватися щодо вибору вправ та їх правильного виконання.
Під час тренування ми маємо справу з різноманітними силами — вагою гантелі, тягою гумки, гравітацією Землі. Цим силам ми протиставляємо силу наших м’язів, щоб перемістити частину тіла, все тіло або певний снаряд у просторі. Інколи — щоб утримати ланку тіла від руху у певній позі (наприклад, як у вправі «планка»).
Найголовніше поняття у біомеханіці — сила
І тут не йдеться про силу м’язів. У фізиці сила — це поняття, яке описує взаємодію об’єктів: одне тіло може змінювати швидкість руху іншого тіла або виводити його зі стану спокою. Ваша чашка з кавою спокійно стояла на столі, доки ви не доклали до неї силу й не підняли її.
Сила має не тільки величину (вимірюється у ньютонах — одиницях, названих на честь одного з творців класичної фізики Ісаака Ньютона), але й напрямок. Ви доклали певну кількість ньютонів до вашої чашки та зрушили її у певному напрямку.
М’язова сила проявляється у двох типах впливів: тяга та витиск (поштовх). В організмі людини тільки м’язи можуть генерувати силу.
→ Величина навантаження.
Відповідає тій мірі сили, яку потрібно докласти, щоб перемістити певний об’єкт (гантель, штангу, кінець гумки, руків’я тренажера тощо). Додаткові зусилля знадобляться й для переміщення ваги власного тіла або його частин, а також щоб подолати інерцію спокою. В умовах земної гравітації чашка не зрушить з місця, поки ви не докладете достатньо сили, щоб її підняти. Завдяки своїй масі, вона має певну інертність (інерцію спокою). Власне, маса — це і є міра інертності тіла (іншими словами — наскільки важко змінити стан тіла при взаємодії).
→ Напрямок, у якому переміщується об’єкт.
→ Точка прикладення сили — точка в тілі, до якої прикладено м’язову чи іншу силу. Ідеться про місця кріплення м’язів до кісток та точки контакту тіла з тренувальним обладнанням.
Щоб підняти чашку, ви напружили й скоротили біцепс. Сила була прикладена до місця, де рука торкнулася чашки, а також — де сухожилля біцепса кріпиться до кістки. Тобто спочатку сила м’яза потягнула за кістку, а потім ця кістка «підняла» вашу чашку.
→ Лінія дії сили — умовна пряма лінія, яка проходить через точку прикладення сили за напрямком (вектором) дії сили.
Щоб м’яз міг проявити свою оптимальну силу, лінія дії його сили має бути паралельною лінії дії зовнішньої сили та протилежною за напрямком. Зовнішні та внутрішні сили перетягують канат. До роботи підключається той м’яз (чи м’язи), які через свою анатомію здатні потягнути за точку прикладення сили у протилежному від її лінії дії напрямку. Наприклад, якщо сила тягне вашу руку з руків’ям угору, у вас будуть працювати м’язи, які тягнуть руків’я донизу.
М’язи ніби грають у перетягування каната із тренажерами та гантелями. Якщо тренажер тягне вгору, то м’язи будуть тягнути вниз, якщо тренажер чи гумка тягне вперед, залучаються м’язи, які будуть тягнути гумку чи джгут у протилежному напрямку — тобто назад.
Гравітація. У фітнесі — це сила, що створює механічний спротив, спрямована донизу й пов’язана із дією гравітації Землі.
Сила тертя виникає при торканні двох тіл і заважає їм рухатися відносно одне одного. Ця сила залежить від матеріалу поверхонь, що взаємодіють, і від того, наскільки сильно ці поверхні одна до одної притиснуті.
Сила спротиву середовища діє при русі у водному або повітряному просторі. Вона залежить від площі лобового спротиву та швидкості руху.
Сили, які створює спеціальне обладнання — наприклад, блочні тренажери.
Сила інерції описує спротив тіла до зміни свого стану. Іншими словами — це вага. У важкого тіла велика інерція. І нам треба докласти більшу силу, щоб поворушити його. Вага — сила, з якою тіло діє на опору чи підвіс (наприклад, турнік).
За законами Ньютона, об’єкти у взаємодії здійснюють рівні й протилежно спрямовані взаємні впливи. Під час стрибка ми впливаємо на поверхню землі, але у відповідь отримуємо так звану реакцію опори (підвісу). Ось для чого потрібні всі амортизаційні механізми тіла, а також взуття з амортизаційною підошвою.
Сили зсуву рухають дві суміжні поверхні у протилежних напрямках. Наприклад, коли ви робите присідання у тренажері Сміта зі стопами далеко вперед від тулуба, то штанга штовхає тулуб і стегна вперед, а сила тертя штовхає стопи назад. Відповідно, на колінний суглоб діють сили зсуву. Це не означає, що ви матимете травму — ваші коліна можуть бути цілком готові до протидії такому навантаженню.
Погляньмо на рух людини як… на стрілки годинника. Уявіть, що ваш суглоб — це центр годинника, до якого кріпляться стрілки та вісь, навколо якої вони будуть обертатися. При опущеному плечі ваша рука показуватиме 6 годину (якщо дивитися збоку). Щойно ви зігнули плече (нагадуємо, що згинання — це рух вперед відносно основного анатомічного положення) і підняли руку вперед-вгору, ваша рука вже показує 3 години на уявному циферблаті.
Цей рух тіла навколо нерухомої осі називається обертальним. Саме такий рух притаманний усім ланкам нашого тіла. У фізиці йдеться про рух, за якого всі точки тіла рухаються по колах (наприклад, кінець стрілки годинника), а точки, що лежать на вісі обертання (кріплення стрілки до центру), залишаються нерухомими. Натомість при поступальному русі всі точки тіла рухаються однаково. Коли падає краплина з крана, усі її точки падають за однією траєкторією та з однією швидкістю.
Тепер уявіть, що наш годинник зупинився. Ми замінили батарейки й маємо вручну поставити стрілку на потрібний час, тобто прикласти до неї певну силу. Щоб перевести стрілку з 9 годин на 6, палець має тиснути вниз — це його лінія дії сили.Перпендикуляр (лінія під прямим кутом) до цієї лінії дії сили, проведений через вісь (у нашому випадку — через центр годинника) називають плечем сили. Подовжуючи плече сили, ми можемо збільшувати навантаження (для одного руху), не беручи при цьому більшу вагу. Як це працює? Саме час згадати про важелі.
Важіль — простий механізм, твердий стрижень, який обертається навколо точки опори. Як ми вже знаємо, ланки тіла обертаються навколо умовних точок опори/осей, які проходять через суглоби. Важелі дають змогу переміщувати важкі предмети з меншими зусиллями. У тілі людини кістки — це стрижні, суглоби — точки опори (центр обертання), а м’язи створюють сили, які змушують важелі обертатися.
Саме завдяки використанню важелів були побудовані монументальні архітектурні пам’ятки давнини, як-от єгипетські піраміди. За легендою, видатний учений античності Архімед казав: «дайте мені точку опори, і я переверну світ».
То як працює важіль? На картинці ми бачимо точку опори (вісь) — це одна з вершин трикутника. F1 та F2 — сили, які діють на важіль (більша і менша). Тут вони діють донизу. D1 і D2 на схемі позначають плечі сил (відстані між точкою опори та точкою прикладення сили). Вони теж неоднакові — у меншої сили плече більше і навпаки. І подивіться — ці сили врівноважують одна одну! Більша сила з меншим плечем дорівнює меншій силі з довгим плечем.
Отож, якщо потрібно підняти щось дуже важке, ви можете використати важіль із довгим плечем. Розгляньмо приклад із ліктьовим суглобом у ролі точки опори.
Одна сила — це вага обтяження (наприклад, гантель у долоні). Інша сила — це тяга трицепса. Щоб розігнути руку в лікті, трицепс має скоротитися й потягнути передпліччя на себе. Точками прикладення сили тут є місце контакту гантелі з долонею й місце кріплення трицепса. Гантель у руці знаходиться доволі далеко від ліктьового суглоба, а тому плече цієї сили дуже довге — вона має перевагу. А от у трицепса плече дуже коротке. Тому йому доведеться докласти значне зусилля, щоб переважити першу силу й зрушити передпліччя з гантеллю догори.
У такого важеля сили діють по різні боки від точки опори — це важіль 1 роду або «важіль рівноваги», яких у нашому тілі небагато.
Важіль 2 роду («важіль сили») — коли сили також мають різні плечі, але знаходяться по один бік від точки опори. Коли ми стаємо на носочки, кріплення литкових м’язів (п’яткова кістка) знаходиться далі від точки опори, ніж точка, де вага тіла діє на стопу (біля основи гомілки). Уявіть, скільки разів на день доводиться литковим м’язам підіймати нашу вагу на носок принаймні під час ходіння! Цим м’язам була потрібна перевага у силі.
Проте є нюанс: якщо ми виграємо в силі, то програємо у швидкості. Природа створила людський організм більше пристосованим до швидких рухів. Тому у нас більше «важелів швидкості» (важелів 3 роду). Так ми можемо переміщувати ланки тіла швидко та з великою амплітудою (віддаляти кістки одна від одної на максимально можливу відстань), але не будемо мати переваги в силі.
У важелях швидкості сили також діють по один бік від точки опори (тобто суглоба), але кріплення значної кількості м’язів знаходяться близько до суглобів. Водночас плече іншої сили дуже довге, і точка її прикладення (наприклад, гантель у руці) знаходиться на іншому кінці кістки, далеко від суглоба. Чим далі розташована точка прикладення сили, тим важче скомпенсувати та подолати цю силу, щоб змістити предмет. Підняти зігнуту руку чи ногу простіше, ніж пряму руку чи ногу. Ви можете використовувати це у вправах. Саме тому, наприклад, відтискання легше виконувати з колін, аніж з прямих ніг.
Важелі — це непросто, але якщо розібратися, то у вашій фітнес-подорожі це буде допомагати більш усвідомлено підбирати для себе вправи та оцінювати їхню складність.
Матеріал створено у рамках співпраці з Фундацією ЗМIN.
Повідомити про помилку
Текст, який буде надіслано нашим редакторам: