骨テコ力学体系

まずテコの復習をしましょう。図のようにテコが釣り合っている時、赤い矢印は何kgで引っ張れば良いでしょうか。
Fkg×4m＝20kg×1mとなるので、Fは5になります。
従って、答えは5kgとなります。
これはシーソーと同じ原理です。シーソーがつり合うには支点からの距離が遠くなると少ない重さ（力の大きさ）になります。ここでは支点からの距離が4倍になったので、つり合う重さ（力の大きさ）は20kgの1/4で5kgということになりました。

ここでは力をkgとしましたが、正式な力の単位はニュートン(N)です。
1kgの物体には10(正確には9.8)をかけて10Nの力が作用すると考えて下さい。力に距離をかけたものが力のモーメントになります。単位はNmとなります。

次はテコの種類です。テコには３種類あります。
まず支点が力点と荷重点の間にあるものを第１のテコといいます。支点の位置が力点に近いほど、力点は大きな力が必要になります。
次に荷重点が支点と力点の間にあるものを第２のテコといいます。人体には存在しないといわれています。
次に力点が支点と荷重点の間にあるものを第３のテコといいます。これは力点が荷重点より支点に近いため、力点は大きな力が必要になります。
人体では支点が関節で力点は筋肉だと考えて下さい。人体は頭部、胴体、腕、脚などあらゆる物に重さがあります。それぞれが荷重点になるわけです。

荷重点を作用点と呼ぶこともあります。

図のような状況でボールを持つと、主に働くのは上腕二頭筋です。さて、筋はどの程度の力が必要でしょうか？
支点から作用点までの距離は30cmです。上腕二頭筋の作用線は支点（肘関節）から5cmの距離にあります。そうするとF×5cm＝10N×30cmとなるので、F＝60Nになります。
ボールの重さより大きな力が必要になるのが分かるかと思います。テコの種類でいうと第3のテコに当たります。
デメリットだけではありません。このメリットは筋が少し収縮しただけでボールを大きく挙げることが出来ます。すばやい動きをするには都合が良いわけです。

普通、テコというと少ない力で大きな物を動かす、と想像しますがこのようなパターンもあることを覚えておきましょう。

図のような状況で主に働くのは下腿三頭筋（ふくらはぎの筋肉）です。
まず支点は足関節になります。目安として踝辺りが支点となります。次に荷重点ですが、つま先に床反力がかかるのでここが荷重点となります。
力点は筋の付着部になります。支点から荷重点までが20cm、支点から力点までが5cmで体重が50kgだと、下腿三頭筋が働く力は体重の4倍になることが分かります。