功能解剖學與運動學

力、扭矩與力矩

緊貼合頁推一扇沉重的門,它幾乎紋絲不動;用同樣的力氣推門遠端的邊緣,它就輕鬆擺開。你施加的推力是力;它繞合頁產生的轉動效果是扭矩(也叫力矩)。身體裡到處是合頁——每個關節都是一個——所以理解「推」與「轉」的區別,正是理解肌肉究竟如何帶動我們的關鍵。

力不過是推或拉,以牛頓計量;重力、地面的反推、肌肉的收縮,都是力。扭矩或力矩是力繞某轉動點(關節)的轉動效果,它等於力乘以從關節到力作用線的距離——這段距離叫力臂(力矩臂)。關鍵的後果是:力作用在哪裡,與力有多大同樣重要:同樣的肌肉拉力,作用點離關節越遠,產生的轉動效果就越大;一個小重物若舉在長臂的遠端,可能需要很大的肌肉力矩才能穩住。這就是為什麼把一個輕包舉在伸直的臂端比貼近身體拿更快讓你疲勞——長力臂放大了肩部肌肉必須抵抗的負荷。

關節是力矩機器,因此無論是否用到這個詞,復健都在不斷地與力矩打交道。肌肉無力其實就是關節能產生的力矩下降;長槓桿(完全伸直的肢體)會放大恢復中關節所受的應力,這就是為什麼運動常從肢體彎曲、負荷靠近身體開始,再隨力量恢復逐步過渡到更長的槓桿。理解力臂也解釋了為什麼負荷拿法的微小改變、或矯具施力位置的改變,能戲劇性地改變受傷部位所受的應力。

把一本2公斤的書貼在胸前很輕鬆;把同一本書舉在伸直的臂端,肩膀很快就累。書的重量沒變——但伸到手部的長力臂放大了肩部肌肉為穩住它所必須產生的力矩。

同樣的重量,在更長的力臂上需要更大的肌肉力矩。

力矩取決於力作用在何處,而不僅是力有多大:長力臂會放大關節上的負荷,因此舉在遠端的小重物對恢復中的關節造成的應力,可能不亞於貼近身體的重物。

又稱
force and turning effectmoment of force力与力矩轉動力矩