Vì Sao Cơ Bắp Co Lại Khi Nâng Tạ?

· 6 phút đọc · Thầy Thạch

Vật lý quanh taGym & Thể thaoLớp 10

Em cầm quả tạ 5 kg, gập khuỷu tay. Cánh tay run run, cơ nhị đầu cứng lại như một cục đá. Quả tạ chỉ nặng bằng một bao gạo nhỏ, vậy sao cánh tay lại mỏi nhanh đến thế?

Vì sao cơ bắp co lại, và vì sao một quả tạ nhẹ lại bắt cơ phải gồng rất mạnh?

Học sinh nâng tạ và cơ chế cơ bắp co lại

Não gửi tín hiệu đến cơ.

Bên trong sợi cơ, actin và myosin trượt vào nhau nên cơ ngắn lại.

Đoán thử trước khi đọc

Khi cuốn tạ 5 kg (trọng lượng khoảng 49 N), cơ nhị đầu phải kéo với lực khoảng bao nhiêu?

  • A. Khoảng 49 N, bằng đúng trọng lượng quả tạ.
  • B. Khoảng 25 N, vì còn có xương "phụ giúp".
  • C. Lớn hơn 49 N rất nhiều.

Chọn một đáp án trong đầu rồi đọc tiếp. Đáp án đúng là C, và ở mục "Thử ước lượng" em sẽ tự tính ra con số.

Não ra lệnh, cơ tạo lực

Khi em quyết định nâng tạ, não gửi tín hiệu điện qua dây thần kinh đến cơ nhị đầu. Mỗi dây thần kinh điều khiển một nhóm sợi cơ, gọi là đơn vị vận động.

Tạ càng nặng, cơ thể càng huy động nhiều đơn vị vận động hơn, và cơ cũng nhanh mỏi hơn nên dễ run.

Bên trong sợi cơ có hai loại protein: actin và myosin. Các đầu myosin bám vào actin rồi kéo chúng trượt vào nhau, làm sợi cơ ngắn lại.

Cơ chỉ biết kéo, không biết đẩy. Muốn chủ động duỗi khuỷu có lực, cơ thể phải dùng nhóm cơ khác (cơ tam đầu ở mặt sau cánh tay).

Khi cơ co mà vẫn bị kéo giãn ra (lúc em hạ tạ chậm), cơ vẫn đang tạo lực. Cơ nghỉ ngơi hoàn toàn thì tạ sẽ rơi.

Xương là đòn bẩy, khớp là điểm xoay

Xương là đòn bẩy, khớp là điểm xoay, cơ tạo lực kéo khi nâng tạ

Xương cẳng tay là đòn bẩy.

Khớp khuỷu là điểm xoay.

Cơ nhị đầu tạo lực kéo.

Cơ bắp không làm việc một mình. Trong bài cuốn tạ tay, xương cẳng tay là một thanh đòn bẩy, khớp khuỷu là điểm xoay, cơ nhị đầu kéo xương lên, còn quả tạ kéo xuống do trọng lực.

Ở lớp 10 em đã học: vật rắn quay quanh một điểm sẽ cân bằng khi tổng moment lực làm nó quay theo hai chiều bằng nhau. Moment lực bằng lực nhân với cánh tay đòn (khoảng cách từ trục quay đến đường tác dụng của lực): M = F × d.

Cơ nhị đầu bám vào xương rất gần khuỷu, còn quả tạ nằm tận bàn tay. Cánh tay đòn của cơ ngắn, của tạ dài. Muốn cân bằng, lực của cơ phải lớn hơn trọng lượng tạ nhiều lần.

Sơ đồ lực khi giữ quả tạ 5 kg: cơ kéo lên, tạ kéo xuống, khớp khuỷu là điểm xoay

Mũi tên đỏ: lực kéo của cơ nhị đầu, cách khuỷu d₁ = 4 cm.

Mũi tên xanh: trọng lượng quả tạ, cách khuỷu d₂ = 35 cm.

Mũi tên cam: lực khớp khuỷu tác dụng lên xương cẳng tay.

Thử ước lượng bằng số

Giữ quả tạ 5 kg với cẳng tay nằm ngang. Để đơn giản, coi lực cơ thẳng đứng, gộp các cơ gập khuỷu thành một cơ và bỏ qua trọng lượng của chính cẳng tay.

  • Trọng lượng tạ: P = m·g = 5 × 9,8 ≈ 49 N.
  • Cân bằng moment quanh khuỷu: F × 0,04 m = 49 N × 0,35 m = 17,15 N·m.
  • Suy ra F = 17,15 / 0,04 ≈ 430 N.

Lực cơ gấp gần 9 lần trọng lượng tạ, tương đương treo một vật khoảng 44 kg vào gân cơ.

Cẳng tay đứng yên nên lực khớp khuỷu hướng xuống và có độ lớn khoảng 430 − 49 ≈ 380 N. Vì thế khớp cũng chịu tải rất lớn, và đó là lý do kỹ thuật tập quan trọng. Tạ càng xa khuỷu, hoặc tạ càng nặng, thì lực này càng tăng.

Tự thử ở nhà

Cần một chai nước 1,5 L (khoảng 15 N) và một chiếc ghế để ngồi.

  1. Ngồi thẳng, một tay đặt trên đùi, tay còn lại cầm chai ở đầu bàn tay, khuỷu gập 90°, cẳng tay nằm ngang. Giữ 10 giây.
  2. Dùng tay kia sờ vào cơ nhị đầu ở mặt trước cánh tay. Em sẽ thấy cơ cứng lại dù chai không hề chuyển động.
  3. Duỗi thẳng tay cho chai buông xuống dọc người. Cơ gần như thả lỏng.
  4. Gập khuỷu 90° lần nữa, nhưng đặt chai nằm trên mặt trên cẳng tay, ngay sát khuỷu, và giữ nó bằng tay kia khi cần. Cơ nhị đầu gần như không phải gồng.

Vì sao? Ở bước 1–2 chai ở xa khuỷu nhất, cánh tay đòn lớn nhất nên cơ phải gồng nhiều nhất. Ở bước 3 đường tác dụng của trọng lực đi qua khuỷu nên cánh tay đòn bằng 0. Ở bước 4 cánh tay đòn của chai rất ngắn nên moment cần cân bằng nhỏ đi.

Hiểu lầm hay gặp

  • ❌ Cơ chỉ làm việc khi nâng tạ lên, còn hạ tạ là cơ nghỉ. → ✅ Hạ tạ chậm là lúc cơ vẫn kéo (co lệch tâm) để kiểm soát chuyển động.
  • ❌ Tạ 5 kg thì cơ chỉ cần kéo 5 kg. → ✅ Vì cánh tay đòn của cơ ngắn, lực cơ lớn hơn trọng lượng tạ nhiều lần.
  • ❌ Cơ vừa kéo vừa đẩy xương. → ✅ Cơ chỉ kéo. Việc "đẩy" là do cơ đối kháng kéo ngược lại.

Em đã học ở đâu?

Nghĩ tiếp

Khi góc gập khuỷu đổi từ 0° (tay thẳng) đến 90°, cánh tay đòn của quả tạ so với khuỷu thay đổi thế nào? Lúc nào cơ phải gồng nhiều nhất?

Gợi ý: vẽ đường tác dụng của trọng lực lên tạ ở vài góc khác nhau, rồi đo khoảng cách từ khuỷu đến đường đó.

Nguồn

← Xem tất cả bài viết