槓桿與機械效益

蹺蹺板、獨輪車和一把鑷子，都是同一種簡單機械：一根繞固定點轉動的剛性桿，讓一處的力去移動另一處的負荷。身體也是這樣運作的——骨頭是剛性桿，關節是轉動點，肌肉提供力量。你做的幾乎每一個動作，都是槓桿在幹活。

槓桿有三個部分：支點（它所繞的關節）、動力（肌肉的拉力）和負荷（被移動的重物）。按這三部分的排列順序，槓桿分為三類。第一類槓桿支點居中，像蹺蹺板——頭平衡在脊柱頂端就是一例。第二類槓桿負荷居中，像獨輪車，為省力而生——踮起腳尖時在前腳掌處用的就是它。第三類槓桿動力居中，像鑷子，為速度和幅度而非省力而生——身體大多數肌肉—關節系統都屬此類。機械效益就是槓桿所做的取捨：長動力臂讓小力移動大負荷（效益大於一），短動力臂則犧牲力量以換取速度和大幅度的運動（效益小於一）。

下面是誠實而出人意料的部分：身體裡大多數肌肉都在機械劣勢下工作。它們附著在非常靠近關節的位置、動力臂很短，所以肌肉必須以數倍於所舉重量的力來拉。身體有意接受這樁划不來的「力量買賣」，因為同樣的短臂在手或腳處換來了巨大的速度和幅度——肌肉的微小縮短在肢端產生大而快的運動。這解釋了為什麼關節所受的力常遠高於外部負荷所暗示的、為什麼靠近關節附著的肌腱承受巨大的應力，以及為什麼改變肌肉或力作用位置的手術或支具，能實質性地改變一個動作所耗的力氣。