Почему небольшому грузу в кисти может соответствовать значительно большая сила тяги мышцы?
Учителю: подготовка и план на 45 минут
На пару: распечатка ученической части PDF, карандаши двух цветов, линейка, простой калькулятор. Все схемы и исходные данные включены. Только готовые данные и бумажные модели. Не брать биологические пробы, не ограничивать сон, не проводить нагрузочных, болевых или иных физиологических испытаний. Не ставить диагнозы и не назначать лечение. Интернет, регистрация и аккаунты детям не нужны.
Уровень — начинающий исследователь, 9 класс. Предпосылки: понятия клетки, ткани и органа; чтение графиков, таблиц и стрелочных схем. В паре один описывает, второй проверяет, затем меняются. Все изображения и числовые серии учебные; работу по ним не выдавать за проведённый опыт. Подготовка и печать выполняются до урока; разборы открываются после самостоятельной попытки. При затруднении учитель разбирает первую строку вместе с классом, остальные учащиеся выполняют самостоятельно.
| Минуты | Работа | Результат |
|---|---|---|
| 0–5 | Проблема | Вопрос и первое решение |
| 5–14 | Понятия и пример | Способ проверки |
| 14–25 | Практика 1 | Готовый продукт и проверка |
| 25–33 | Практика 2 | Перенос способа |
| 33–40 | Обсуждение | Аргумент и ограничение |
| 40–45 | Индивидуальная проверка | Самостоятельный ответ |
01. Проблемная ситуация
0–5 минут. В бумажной модели груз действует вниз с силой 10 Н на расстоянии 30 см от оси. Тяга приложена всего в 5 см от оси. Ученик предполагает, что силы тоже равны. Нарисуйте обе силы и предположите, какой должна быть тяга. Никаких грузов ученики не поднимают.
02. Понятия и разобранный пример
5–14 минут: 4 минуты на понятия, 3 на пример, 2 на объяснение способа партнёру.
Понятия и способ проверки
Скелетные мышцы создают тягу, которая через сухожилия передаётся костям. Для противоположных движений часто работают мышцы-антагонисты: например, сгибатели и разгибатели предплечья. Их роль зависит от движения; при удержании положения возможна совместная активность.
Мышечное сокращение означает развитие напряжения и не всегда сопровождается заметным укорочением всей мышцы. В модели удержания предмета силы и моменты уравновешены, но мышца продолжает работать. Отсутствие движения не означает отсутствия затрат энергии.
Момент силы относительно оси равен произведению силы на её плечо. Плечо — перпендикулярное расстояние до линии действия силы. В наших задачах тяги перпендикулярны рычагу, массой рычага пренебрегают: F мышцы × d мышцы = F груза × d груза. Это механическая модель, не метод назначения нагрузки.
Работайте по подписям и масштабу; рисунки условные и не заменяют запись реального наблюдения.
Разбор: 10 × 30 = 300 Н·см. При плече мышцы 5 см её сила должна быть 300/5 = 60 Н. Поэтому равные силы при разных плечах равновесия не обеспечивают. Если груз приблизить к оси до 15 см, при прочих равных потребуется 30 Н.
03. Практика 1. Проверяем материал
Данные для самостоятельного анализа
14–25 минут. Все записи ниже — учебные данные, а не результаты обследования учеников. В паре: 3 минуты на чтение и разметку, 5 на решение, 3 на взаимную проверку по критериям.
| Модель | Груз и его плечо | Плечо мышцы |
|---|---|---|
| А | 8 Н; 25 см | 4 см |
| Б | 8 Н; 15 см | 4 см |
| В | 12 Н; 20 см | 6 см |
Найдите силу мышцы в А–В. Запишите равенство моментов с единицами, затем сравните А и Б. Объясните, что изменилось в устройстве модели и почему сила стала другой. Результат — три расчёта и вывод. Критерий: сравнивать моменты, а не просто силы.
Практика 1: разбор и критерии
А: 8 × 25/4 = 50 Н. Б: 8 × 15/4 = 30 Н. В: 12 × 20/6 = 40 Н. В Б груз ближе к оси, его момент меньше, потому нужна меньшая тяга. По 1 баллу за расчёт и 1 за объяснение; всего 4.
04. Практика 2. Перенос способа
Новое условие
25–33 минуты. В модели Г сила груза 9 Н, его плечо 24 см, плечо мышцы 3 см. Затем к той же стороне добавили собственный вес рычага 3 Н с плечом 12 см. Рассчитайте тягу без учёта и с учётом веса рычага. Почему прежнее упрощение теперь надо изменить?
Практика 2: разбор и критерии
Без веса: 9 × 24/3 = 72 Н. С весом: (9 × 24 + 3 × 12)/3 = 84 Н. Появился дополнительный момент 36 Н·см. 3 балла: два результата и объяснение суммы моментов.
05. Обсуждение и границы вывода
33–40 минут. Почему фраза «разгибатель всегда полностью выключен при сгибании» слишком категорична? Сопоставьте движение и точное удержание положения. Отделите модель двух тяг от реального управления несколькими мышцами.
Обсуждение: возможный вывод
Антагонисты могут совместно стабилизировать сустав и контролировать движение. Расчёт равновесия описывает суммарные моменты, но не распределение активности всех мышц. По нему нельзя делать вывод о состоянии человека.
06. Индивидуальная проверка
40–45 минут. В новом рычаге груз 6 Н имеет плечо 20 см, мышца — 4 см. Найдите тягу и объясните, может ли мышца работать, когда рычаг неподвижен.
Индивидуальная проверка: ответ и критерии
6 × 20/4 = 30 Н. При неподвижности мышца может развивать напряжение, уравновешивая нагрузку. 3 балла: равенство моментов, результат с единицей, объяснение.
07. Соответствие исходной программе
Пункт программы → действие → результат
| Пункт программы | Действие ученика | Проверяемый результат |
|---|---|---|
| Мышцы; основные мышцы тела человека | Сравнивает сгибание и разгибание | Объясняет действие антагонистов |
| Функционирование опорно-двигательной системы | Рассчитывает бумажный рычаг | Проверяет моменты и границы модели |
Источники и права на изображения
- Исходная программа курса
- OpenStax: 11-1-interactions-of-skeletal-muscles-their-fascicle-arrangement-and-their-lever-systems
Тексты, задания, учебные данные и схемы разработаны для портала «Школы России». Числовые серии — учебные модели, не результаты проведённых классом опытов. Схемы авторские, не копии микрофотографий; сторонние изображения не используются. Фактические сведения сверены по указанным источникам 19.10.2026. Материалы полностью даны, переход по внешним ссылкам ученику не требуется.