杠杆与机械效益

跷跷板、独轮车和一把镊子，都是同一种简单机械：一根绕固定点转动的刚性杆，让一处的力去移动另一处的负荷。身体也是这样运作的——骨头是刚性杆，关节是转动点，肌肉提供力量。你做的几乎每一个动作，都是杠杆在干活。

杠杆有三个部分：支点（它所绕的关节）、动力（肌肉的拉力）和负荷（被移动的重物）。按这三部分的排列顺序，杠杆分为三类。第一类杠杆支点居中，像跷跷板——头平衡在脊柱顶端就是一例。第二类杠杆负荷居中，像独轮车，为省力而生——踮起脚尖时在前脚掌处用的就是它。第三类杠杆动力居中，像镊子，为速度和幅度而非省力而生——身体大多数肌肉—关节系统都属此类。机械效益就是杠杆所做的取舍：长动力臂让小力移动大负荷（效益大于一），短动力臂则牺牲力量以换取速度和大幅度的运动（效益小于一）。

下面是诚实而出人意料的部分：身体里大多数肌肉都在机械劣势下工作。它们附着在非常靠近关节的位置、动力臂很短，所以肌肉必须以数倍于所举重量的力来拉。身体有意接受这桩划不来的「力量买卖」，因为同样的短臂在手或脚处换来了巨大的速度和幅度——肌肉的微小缩短在肢端产生大而快的运动。这解释了为什么关节所受的力常远高于外部负荷所暗示的、为什么靠近关节附着的肌腱承受巨大的应力，以及为什么改变肌肉或力作用位置的手术或支具，能实质性地改变一个动作所耗的力气。