Üçüncü Sınıf Kaldıraç

Açılış

Sert bir havucu ön dişlerinle ısırmaya çalıştığında zorlanırsın; aynı havucu arka dişlerinle, azı dişlerinle, kolayca kırarsın. Çeneyi kapatan kaslar, yanağın içindeki musculus masseter ve şakaktaki musculus temporalis, alt çeneye çene ekleminin, articulatio temporomandibularis'in, yakınına tutunur. Isırma noktası ise bu kasların ötesinde, dişlerdedir. Destek noktası çene eklemi, kuvvet noktası kasların tutunduğu yer, yük ise ısırılan nesnedir; kuvvet noktası ortada durur. Bu düzene üçüncü sınıf kaldıraç denir. Azı dişleri kaslara ve ekleme daha yakın olduğu için yük kolu kısalır ve aynı kas kuvvetiyle daha büyük bir ısırma kuvveti elde edilir. Bedenin kaldıraçlarının büyük çoğunluğu bu sınıftadır.

Kuvvet ortada olduğunda kaldıraç neden her zaman kuvvet kaybettirir? Beden bu kaybı neden bu kadar sık kabul eder? Ve diz kapağını ameliyatla çıkarılan bir kişi neden dizini düzeltmekte zorlanır?

Bu derste ne olacak

Önce üçüncü sınıf kaldıracın düzenini ve kuvvet kolunun neden her zaman yük kolundan kısa olduğunu göreceğiz. Sonra bu düzeni çenede, dizde ve kalçada adlandırılmış kaslar üzerinden izleyeceğiz. Ardından üç kaldıraç sınıfını yan yana koyup bedenin neden çoğunlukla üçüncü sınıfı kullandığını tartışacağız. Son olarak diz kapağının dizi düzelten kasın kuvvet kolunu nasıl uzattığını ve diz kapağı çıkarıldığında ne olduğunu ele alacağız.

Sıfır noktası

Mekanizma

Kuvvet ortada: her zaman kuvvet kaybı

Ders 08-21'de kaldıracın sınıfını üç noktanın sırasının belirlediğini gördük. Üçüncü sınıf kaldıraçta destek bir uçta, yük öbür uçta, kuvvet ise aradadır. Bu düzende kuvvet noktası destek noktasına her zaman yükten daha yakındır; kuvvet kolu yük kolundan kısadır. Bu yüzden kasın, dengede tutmak için yükten daha büyük bir kuvvet üretmesi gerekir.

Ders 08-23'teki ikinci sınıf kaldıraçta kuvvet kazancı hız kaybıyla ödeniyordu. Üçüncü sınıf kaldıraçta tersi olur: kasın kısa bir kısalması, yükün bulunduğu uçta çok daha uzun ve hızlı bir harekete dönüşür. Kas kuvvetten verir, uzvun ucu hız ve hareket genişliği kazanır. Kuvvet ile yük, ikinci sınıfta olduğu gibi, aynı yönde hareket eder.

Çene, diz ve kalça

Çeneyi kapatan musculus masseter alt çenenin arka köşesine, musculus temporalis ise alt çene dalının ön kenarındaki çıkıntıya, processus coronoideus'a, tutunur. İki kas da çene ekleminin önünde ama dişlerin gerisindedir. Ön dişlerle ısırırken yük kolu uzundur ve ısırma kuvveti azalır; azı dişleriyle ısırırken yük kolu kısalır ve ısırma kuvveti artar. Bu yüzden sert yiyecekler kendiliğinden arka dişlere götürülür.

Dizi düzelten musculus quadriceps femoris diz kapağı ve ligamentum patellae aracılığıyla, dizin hemen altında tuberositas tibiae'ye tutunur. Oturup bacağını öne uzattığında yük, bacağın ve ayağın ağırlığıdır ve ayağa doğru uzakta etki eder; kuvvet noktası dize çok yakındır. Kalçayı büken musculus iliopsoas de uyluk kemiğinin üst ucundaki küçük çıkıntıya, kalça ekleminin yakınına tutunur ve bütün bacağı hızla öne savurur. Üçü de üçüncü sınıf kaldıraçtır.

Üç sınıf yan yana

Birinci sınıf kaldıraçta destek ortadadır; kolların uzunluğuna göre kuvvet de hız da kazandırabilir ve kuvvet ile yük ters yönde hareket eder. İkinci sınıf kaldıraçta yük ortadadır; ortadaki yüke göre her zaman kuvvet kazandırır. Üçüncü sınıf kaldıraçta kuvvet ortadadır; her zaman kuvvet kaybettirir ama hız ve hareket genişliği kazandırır.

Bedenin kaldıraçlarının çoğunun üçüncü sınıf olması, kasların eklemlerin yakınına tutunmasının bir sonucudur. Bu düzenin iki kazancı vardır: uzvun ucu hızlı ve geniş bir yay çizer, ve kaslar eklemin yakınında toplandığı için uzuv ince ve hafif kalır. Bedeli ise kasların ve eklemlerin taşıdığı yükün büyüklüğüdür. Kaslar, taşınan yükün birkaç katı kuvvet üretir ve bu kuvvetler eklem yüzeylerine de iletilir.

Klinik bağ: diz kapağının kaldıraç işi

Diz kapağı, musculus quadriceps femoris'in tendonunu diz ekleminin önünde öne doğru iter. Böylece tendonun çekme çizgisi eklemin dönme merkezinden uzaklaşır ve kasın kuvvet kolu uzar. Aynı kas kuvveti, diz kapağı varken dizde daha büyük bir döndürme momenti üretir.

Diz kapağının çok parçalı kırıklarında ya da bazı tümörlerde diz kapağı ameliyatla tamamen çıkarılabilir; bu ameliyata patellektomi denir. Diz kapağı çıkarıldığında tendon eklemin önüne daha yakın geçer ve kuvvet kolu kısalır. Kişi dizini, özellikle son derecelerde, tam düzeltmekte zorlanır; merdiven çıkmak ve oturduğu yerden kalkmak için dizi düzelten kasların normalden daha fazla kuvvet üretmesi gerekir. Bu yüzden cerrahlar mümkün olduğunda diz kapağını çıkarmak yerine onarmayı tercih eder.

Kendin dene

Toparlayalım

• Üçüncü sınıf kaldıraçta kuvvet noktası, destek noktası ile yükün arasındadır.
• Kuvvet kolu her zaman yük kolundan kısadır; kaldıraç kuvvet kaybettirir ama hız ve hareket genişliği kazandırır.
• Musculus masseter ve musculus temporalis çene ekleminin yakınına tutunur; azı dişleriyle ısırma, ön dişlerle ısırmadan daha güçlüdür.
• Musculus quadriceps femoris tuberositas tibiae'ye, musculus iliopsoas kalça ekleminin yakınına tutunur; ikisi de üçüncü sınıf kaldıraçtır.
• Bedenin kaldıraçlarının çoğu üçüncü sınıftır; bedeli kaslarda ve eklemlerde büyük kuvvetlerdir.
• Patella dizi düzelten kasın kuvvet kolunu uzatır.
• Diz kapağı çıkarıldığında kuvvet kolu kısalır ve diz tam düzeltilmekte zorlanır.

Bu derste üç kaldıraç sınıfını tamamladık ve hepsinde asıl belirleyicinin kolların uzunluğu olduğunu gördük. Bir kasın bir eklemde ne kadar döndürme etkisi yarattığını gösteren bu uzunluğun kesin bir adı ve ölçüsü vardır ve eklem hareket ettikçe değişir. Bir sonraki derste moment kolunu ve kuvvet ile moment kolunun çarpımı olan torku tanımlayacak ve eklem açısı değiştikçe bu değerlerin nasıl değiştiğini göreceğiz. Moment Kolu ve Tork.