Päty, obuv a moment sily

Autor: Petrík Dátum: 11.1.2015 Zobrazenia: 2768 x

V dnešnom článku by som chcel rozobrať jednu zľahka fyzikálnu záležitosť - a to je vzťah medzi momentom sily, pätami a obuvou. Mojou inšpiráciou sú nedávne horské behy/túry v "zimných" podmienkach. Táto zima zatiaľ veľmi zimu nepripomína, ale hore zvykne byť povrch aj tak miestami náročný - ľad, šmykľavý sneh, blato, ... Samozrejme sa tu dá stretnúť kopa ďalších ľudí, rekreačných či viac zdatných turistov, sem-tam aj nejaký bežec. No a turisti so zhoršenými terénnymi podmienkami vyťahujú čoraz väčšie a obrnenejšie topánky. A na nás v barefoot topánkach či bežeckých sandáloch zdesene pozerajú s myšlienkami na polámané členky. :)

No a v súvislosti s behaním a sandálkovaním som si začal viac všímať a pozorovať nie len svoje nohy pri chôdzi či behu, ale aj nohy iných. Teraz som vypozoroval jednu vec - čím väčšie a pevnejšie turistické topánky, tým komickejšie v nich ľudia pri chôdzi náročným terénom vyzerajú. Prosím neberte si to nikto osobne, nechcem nikoho urážať. Zameriavam sa na nohy samotné - bez ohľadu na to, komu patria. Jednoducho mám často možnosť vidieť široké spektrum obuvi v náročnom teréne - od sandálov a minimalistických topánok, cez bežné bežecké topánky a ľahšiu turistickú obuv až po zimné tanky, z ktorých niektoré už pripomínajú lyžiarky. A naozaj - kým na ľahšej strane spektra vyzerá krok ladne, došľap je ľahký, chodidlo zapracuje, aby pokrylo nerovnosti, tak na tej ťažšej sa chodidlá komicky vykrúcajú do neprirodzených uhlov, hľadajú stabilitu a ofačovaný členok umožňuje akurát tak mierny ohyb dopredu a dozadu. Keď sa pozriete zozadu na nohy v sandáloch a nohy vo vysokých pevných turistických topánkach, kým len stoja, stabilnejšie vyzerajú tie v topánkach. Skúste ich však pozorovať v pohybe na skalách, snehu, ľade ... nohy v sandálach ľahko došlapujú, pracujú, hľadajú oporu ... nohy v topánkach sa proste nejako zvalia do nejakého miesta.

"Neviem čo je to za novú módu, chodiť po horách v teniskách." zarezonovala vo mne veta z nejakého komentára na Fcb. "Turistická obuv má mať pevný členok a podrážku." Takto nejako uvažujeme. Samozrejme, že musí mať pevný členok - aby ako tak vykompenzovala zásadný nedostatok - a to vysokú pätu. V "ihličkách" do hôr ide málokto (aj keď aj to som už videl), ale turistická topánka v určitých prípadoch funguje rovnako. Ako je to možné? Poďme trochu načrieť do fyzikálnych vôd.

Moment sily

Moment sily je vektorová fyzikálna veličina, ktoré určuje mieru otáčavého účinku sily. Bod, voči ktorému sa moment určuje, nemusí ležať na osi rotácie, v ďalšom však budem rozoberať iba prípady, keď na tejto osi leží. Jeho jednotkou je 1 Nm (newtonmeter), vypočíta sa ako súčin ramena a veľkosti sily. Lepšie raz vidieť, takže obrázok:

Moment sily

Červenou je os rotácie. Ak budeme koleso otáčať silou v bode A, vyvoláme len polovičný moment sily v porovnaní s tým, keď bude rovnaká sila pôsobiť v bode B (pretože rameno sily je polovičné). Kľučky na dverách tiež bývajú čo najďalej od pántov - keby boli hneď vedľa, nevládali by sme dvere otvoriť, pretože pôsobením rovnakej sily by sme vyvolali omnoho menší moment.

Moment sily - demonštrácia na dverách auta

S fyzikálnymi záležitosťami už pomaly končím, ešte však treba pripomenúť jednu vec - sila nemusí pôsobiť vždy len kolmo na rameno. Akonáhle však pôsobí pod uhlom iným, výsledný moment sa znižuje so sínusom tohto uhla (M = F . r . sin α). V jednoduchosti - keď tu kľučku budete ťahať do strán či nahor, dvere neotvoríte. Ak ju budete ťahať k sebe (kolmo na dvere), tak áno.

Moment sily ak sila nie je kolmá na rameno

Sila pod uhlom iným ako 90° pôsobí akoby kratším ramenom, takže aj výsledný moment je menší. A ako toto súvisí s topánkami a pätami? Päta ľudskej nohy sa dá tiež zjednodušiť na systém s osou rotácie a ramenom sily - mám teraz na mysli rotáciu okolo pozdĺžnej osi chodidla. Pri podrobnejšom anatomickom rozbore je to trochu zložitejšia štruktúra, ale pre demonštráciu postačí nasledovná aproximácia:

Os rotácie päty

Os rotácie sa nachádza zhruba tesne nad miestom, kde sa upína Achillova šľacha. Dĺžka ramena sily r (teda vzdialenosť terénu a osi rotácie) je u mňa konkrétne cca 5 cm, to sa samozrejme môže líšiť. Pomocou svalov dokážem pätu vyrotovať odhadom nejakých 20° dovnútra (supinácia) a asi 10° dovonku (pronácia). Schematický náčrt pre pravú nohu:

Rotácia päty na boso

Je potrebné si povšimnúť, že moment sily pôsobiaci v osi rotácie je blízky nule vďaka guľovitému tvaru kosti päty. Pokiaľ je päta vychýlená vo svojom prirodzenom rozsahu, sila sa stále prenáša viac-menej v smere jej ramena (t.j. s uhlom α = 0°, sin 0° = 0). [edit 14.1.2016 - Vlúdila sa mi sem chybička, pôvodne som napísal uhol 90° a sin 90° = 0 :) ... asi mi hlavou letel cos uhla meraného k dotyčnici. Ďakujem za upozornenie.] Teraz poďme do extrému a pridajme poriadny "ihličkový" podpätok:

Rotácia päty vo vysokom podpätku

Môžeme vidieť, že keď je podpätok v línii s nohou, silové pomery sa nemenia. Akonáhle však dôjde k vychýleniu, výsledný moment sily pôsobiaci na kĺb päty sa prudko zväčšuje. Obzvlášť, keď sa ešte aj topánka pootočí na chodidle. Čoraz viac sa blížime situácii s kľučkou na dverách, ktorú je najlepšie ťahať v smere kolmom na dvere. Pri podpätku sa uhol pôsobenia sily čoraz viac približuje k 90° stupňom, rameno pôsobiacej sily je oveľa dlhšie ako naboso - moment v kĺbe päty sa zväčšuje až môže dôjsť do momentu, keď to už šľachy a väzivá neudržia. Ako som spomínal, v lodičkách vidieť v horách málokoho, ale aké sú silové pomery v turistickej topánke?

Rotácia päty vv turistickej topánke

Na rovnom povrchu to vyzerá veľmi stabilne. Ale čo pri náhodnom došľapnutí na ostrý kameň či koreň, pri pokĺznutí a podobne? Môže dôjsť k situácii na obrázku vpravo. Kvôli šírke päty prudko narastá uhol pôsobenia sily a kvôli jej výške aj rameno páky. Výsledkom je zvýšený moment sily pôsobiaci na kĺb a šľachy päty. A samozrejme, v takomto prípade je výhodou to, že topánka fixuje členok do veľkej výšky, pretože tak preberie časť pôsobiacich síl na seba. Na druhej strane ale takáto fixácia sťažuje svalom prácu a neumožňuje sa chodidlu nakláňať v prirodzenom rozsahu.

Naproti tomu obutie v bežeckých sandáloch (Luna ...) či minimalistických topánkach (Merrel Trailglove ...) sa oveľa viac približuje silovým pomerom bosej nohy, pretože podrážka pod pätou má nanajvýš 1 cm a je ohybná, takže po zaťažení kopíruje tvar päty.

Netvrdím, že pri pohybe v náročnom teréne nehrozí žiadne riziko v barefoot obuvi. Dokonca si ani netrúfam odhadnúť, aký by bol výsledok, keby sa percentuálne vyjadril pomer zranení členku k počtu nadrtených kilometrov v skupine "obrnených" turistov a ľahkonohých bežcov. Takisto pre netrénovaného človeka, ktorý má ochabnuté svaly a šlachy chodidla a členkov je asi účelnejšie na občasné výlety do hôr obuť pevnú vysokú obuv - barefoot topánkam či sandálom musí predchádzať príslušný tréning a príprava.

Chcem ale hlavne naznačiť, že fixovanie členku turistickými topánkami je len potláčanie príznaku, pričom príčina je vo vysokej päte a oslabenom svalstve (ktoré vzniklo aj nosením takejto obuvi). A preto - vždy sa snažte pozerať na akúkoľvek problematiku s otvorenou hlavou, spájajte dostupné informácie a utvorte si vlastný názor a skúsenosť. Nerobte niečo len preto, že to robia všetci a že sa to tak robilo stále. Vidíme sa na horách - ja určite v sandáloch alebo barefoot topánkach - a Vy možno časom tiež. :)

Zaujímavosti
Facebook
Instagram

katka.janurka
Instagram
Komentáre:
14-01-2016 14:58

Inak s filozofiou minimálnej podpory päty sa stotožňujem. Pri chôdzi, behu a turistike je to pomerne ľahko riešiteľné postupným prechodom na minimalistickú obuv. V skutočných zimných podmienkach sa ale bez poriadne obrnených topánok fungovať nedá.
14-01-2016 18:16

Jezis maaaaria jooozef, dik za upozornenie. Asi mi hlavou letel cos a uhol merany k dotycnici. Uz aj to opravujem. :)
16-04-2016 12:26

Suhlasim s clankom. Ostatne, vyskusane na sebe. Vcul chodim do hor uz len v teniskach, aj do fatry, aj do Tatier, na stity, kamkolvek, a to aj v zime aj v lete, aj v hlbokom snehu. Vacsinou na mna turisti zdesene kukaju, co som to za nezodpovedneho zivla. Chapem ich, pred par rokmi by som sa kukala podobne. Ono zas je to uz mna proces vyvoja, ako som zacala behavat, zmenilo sa kdeco a urcito aj slachy a svaly sa posilnili aj v lenku a tak celkove mi aj teniska a to aj lahky typ nevadi. Skor naopak. I ked ak to mozem porovnat, niekedy citim "unavenejsie nohy", namahaju sa viac. Tym vsak aj spevneju, cize posun je dobrym smerom. A, prestalo mi vadit mokro ci zima v topankach (gtx membrany uz nevediem). Ak sa clovek hybe a ma dobre ponozky, nevadi ani normalna premokajuca teniska.
22-07-2016 14:24

Je to pravda, robím ako lekárka na fyziatrickej ambulancii (rehabilitačnej) a mala som prípady, kedy si ľudia vyvrtli členok v pevnej turistickej obuvi, alebo v kanadách...Ja sama športujem,beh, turistika, začínam triatlony, mám aj Luna sandále :). Povedomie ľudí o barefoot/minimalistickej obuvi je minimálna :D takže keď im to vysvetľujem, kukajú na mňa jak na blázna. Lekári čo sa nevenujú športu tomu takisto nechápu...Takže držím palce v osvete :) PS: Výborné články ;)
16-08-2016 21:36

Ja sice nebehavam, ale v barefootoch ( Merrel Trailglove) som ako turista nachodil stovky kilometrov. Suhlasim s tym, ze je to vyborne, a pridam este jeden komentar: Po turach v takejto obuvi som citil mensiu unavu a opotrebovanie noh, zataz sa ovela lepsie rozklada na cele telo. Ale uplne najzaujimavejsi je ucinok na pozornost, nakolko takto nemozno nohy klast ledabolo, treba sa na chodzu o cosi viac sustredovat. Mne to vyrazne zlepsilo zazitok z prirody, som v nej viac pritomny. Na druhej strand, 10 hodinova tura v Julskych Alpach a tamojsie ostre kamene, to bola Ina reflexna masaz chodidiel.
Informovať ma o nových komentároch
© 2017 by Janurky - Peter Janura, Katarína Janurová