(-)单关节肌和多关节肌的力学特征
- 单关节肌
一块肌肉的肌腹或肌腱，如果只跨过一个关节，就称为单关节肌。单关节肌一般都 比较粗短，作用力集中，收缩力大，成为环节运动的主要原动肌，如三角肌、胸大肌、 背阔肌和臀大肌等。
- 多关节肌
跨过两个或两上以上关节的肌肉，称为多关节肌。
多关节肌中的大块肌肉一般只跨过两个关节，如肱二头肌、股直肌和股后肌群等， 而分布在前臂和小腿的较小肌肉，一般都跨过多个关节，如指浅屈肌、指伸肌和拇长屈 肌等。多关节肌一般都细而长，有的肌腱很长。
- 多关节肌的特点
- 功能性“主动不足”：当多关节肌收缩发力时，对其中一个关节发挥作用后， 对其余关节就不能充分发挥作用，这种现象就称为多关节肌的“主动不足”。例如，当 散关节处于后伸位时，再做屈膝动作就会感到困难，这是由于股后肌群主动不足的缘 故。再如，在屈腕的情况下，再屈指就会感到很困难，这是由于指浅屈肌和指深屈肌主 动不足的缘故。初练单杠大回环的运动员，往往由于抓杠太紧，当身体向前摆动时，就 会使手腕屈度增大，如不能及时调整，就会因屈指肌的主动不足而松手脱杠。
- 功能性“被动不足”：当多关节肌在一个关节处被拉长时，其余关节就不能被充 分拉长，这种现象就称为多关节肌的“被动不足”。例如，当膝关节伸直时，大腿在髓关 节处屈的程度就会大幅度减小，这是由于股后肌群被动不足所造成的，因为伸膝动作使 股后肌群在膝关节处被拉长了，所以在馥关节处就不能充分拉长，限制了屈髓的幅度。
事实上，在限制动作幅度方面，多关节肌的“主动不足”和“被动不足”往往同时 起作用。例如，在用力屈腕的情况下再屈指感到很困难，既是屈指肌主动不足的缘故, 也是伸指肌被动不足的缘故。同样，伸髓后屈膝困难，既是股后肌群的主动不足的缘 故，也是由于股直肌的被动不足所造成的。
由此可见，发展多关节肌的力量素质故然重要，而发展其柔韧性素质尤其重要，特 别是下肢的股后肌群和股直肌的伸展性如何，对动作影响很大，应特别予以重视。
- 多关节肌和单关节肌的协作关系
在一些大关节周围，往往同时配布有单关节肌和多关节肌，它们互相协作，取长补 短，以利于完成各种复杂的动作。单关节肌发力集中，率效高，但收缩幅度较小；而多 关节肌一般都较长，在运动幅度方面可以弥补单关节肌的不足，同时，多关节肌还可引 起相邻关节的运动，进一步增大运动幅度。
现以屈肘肌为例加以说明。肱二头肌和肱肌同为屈肘的主要原动肌，两肌的横截面 积也很近似，实验证明，肱肌的收缩力（154公斤）大于肱二头肌（132公斤）,但因肱 肌的肌腹较短，收缩幅度小，所以在屈肘的前期阶段可发挥其优势，到后期则较差，肱 二头肌的拉力角较大，容易启动骨杠杆，又因其肌腹长，收缩幅度大，所以在屈肘的全 过程都发挥重要作用，并成为后期的主要原动力。另外，肱二头肌收缩到后期阶段，还 可引起上臂在肩关节处的前屈运动，这就进一步增大了运动幅度。
（二）肌肉收缩过程中力的变化
- 肌拉力的分解与合成
（1） 肌拉力的分解：为了进一步了解肌拉力对骨杠杆的作用，有必要对肌拉力进行 分解研究。肌拉力线可能在一个基本平面内，也可能不在一个基本平面内。
- 肌拉力线在一个基本平面内的分解：当肌拉力线在某一基本平面时，可以分解成 两个互相垂直的分力，其中一个分力沿着骨杠杆指向关节中心，叫做法向分力。法向分 力有加固关节的作用，所以又叫加固分力。另一个分力叫做切向分力，这个分力使骨杠 杆绕关节轴转动，所以又叫转动分力。转动分力是关节运动的动力。
- 肌拉力线不在一个基本平面内的分解：当肌拉力线不在一个基本平面内时，可分 解成三个互相垂直的分力，它们分别位于三个基本平面内。例如，三角肌前部肌纤维的 拉力线，就不在一个基本平面内，它可以分解成三个互相垂直的分力：一个向上的分 力，一个向前的分力，一个向内的分力。向上的分力有外展作用，向前的分力有屈上臂 的作用，向内的分力有使上臂旋内和内收（标准姿势时）的作用。此外，向上和向内的 分力还有加固肩关节的作用。
（2） 肌拉力的合成：单头肌的拉力方向与肌腱方向一致。多头肌的各头拉力方向虽 然不完全一致，但都集中在合并腱上，也就是说已经自然合成了，如股四头肌的四个腱 首先集中在骸骨上，形成一条畿腱。
对不同拉力方向的肌肉之间，可采用平行四边形法进行合成，以求出它们的合力作 用线。从合力作用线到关节中心的垂直距离，叫做合力力臂。合力与合力力臂的乘积， 叫做合力力矩。
- 肌拉力两个分力比值的变化
（1）肌拉力角的概念：从肌肉的动点（肌肉的运动骨上的附着点）到关节中心（转 动支点）连一直线，此直线与肌拉力线之间的夹角叫肌拉力角。
肌拉力角大，力臂就大，力矩就会相应增大，骨杠杆的转动效率就高。
在进化过程中，一些大块肌肉通过突起的骨结构（如结节、粗隆、幡和籽骨等）来
增大肌拉力角，以提高环节的转动效应。
（2）肌拉力角与两个分力比值变化的关系：肌拉力两个分力的比值，总是随着肌拉 力角的变化而改变。
当肌拉力角从0。向45。变化时，转动分力逐渐增大而加固分力逐渐减小，但转动分 力总是小于加固分力，直到45。时，两个分力才正好相等。
在肌拉力角由45。增至90。时，转动分力逐渐增大，加固分力逐渐变小，在整个变 化过程中，转动分力始终大于加固分力，到90。时，转动分力达到最大值，等于肌拉力， 而加固分力则为零。
当肌拉力角大于90。以后，转动分力开始逐渐减小，而加固分力则成为负值（起分 离关节的作用）o
由此可见，在肌肉收缩过程中，随着骨杠杆的转动，拉力角呈逐渐增大的趋势，转 动分力的比值也发生着相应的变化，在由45。到90。段，转动分力明显大于加固分力， 拉力矩较大。然而，人体肌拉力角一般都小于45。，所以在运动初期阶段，转动分力的 比值就比较小。但由于肌肉的收缩力在开始时最大，随着肌肉的缩短，收缩力会逐渐下 降。所以，总的趋势是，运动后期肌拉力效果逐渐减小，即转动分力的绝对值逐渐下 降。
3.
阻力矩的变化当阻力不变时，阻力矩随着阻力臂的变化而变化。在骨杠杆绕关节轴转动时，阻力 臂就会发生相应的变化。现以肘关节的运动为例说明之：前臂绕肘关节额状轴转动，从 0。到90。时，阻力臂会逐渐增大，90。时达最大值，90。以后阻力矩又会逐渐变小。
虽然在90。时阻力臂最大，但是在90。时肌肉的转动分力也最大，也就是说此时的 阻力矩最大，而力矩同样也是最大的，所以不会给转动造成很大的困难。在整个关节运 动中，力矩和阻力矩总是相伴而行，成正比关系，这种关系就保障了环节在关节处能够 较均匀地转动，这正是人体结构的微妙之处。
（三）裁荷对肌肉收缩力学特性的影响
在肌肉收缩时总会遇到一定的阻力，如肢体的惯性阻力，或者是肢体与加上外界载 荷的阻力。
威尔基的实验说明当载荷增大时肌肉收缩力学特性的变化如下：
1.
动作潜伏期延长肌肉激活后收缩元的张力首先使串联弹性元形变张力发生变化，因此，肌肉张力的 发展需要一个过程，只有当肌肉张力发展到大于其起止点的阻力时，肌肉才开始进行向 心收缩，产生动作使载荷产生位移。所以上述肌肉张力的发展过程的长短与载荷大小有 关。载荷增大时张力发展所经历的时间长，肌肉收缩产生动作的潜伏期随着载荷的增大 而延长。
依据肌肉这一特性，在完成需要快速反应和位移动作时，如100米的起跑，在“预 备”时使伸下肢的各肌群产生“预张力”，这样可以提高速度和起跑能力。其原因实际 上是在起跑前使肌肉处于活化状态，预先提高了串联弹性元及肌肉的张力，因而当运动 员听到“跑”的信号时，收缩元的主动张力“不再”被缓冲，而直接用于克服外界阻力 了。因此，提高肌肉的预张力可以缩短动作潜伏期。
- 收缩幅度减小
举起轻载荷时比较容易，动作幅度也大。当载荷增加时幅度减小，直至增加到一定 分量时，动作不能完成，肌肉不能缩短。
- 收缩速度下降
由实验得出，在零载荷时收缩速度最大，随着载荷的增加，收缩速度跟着下降，加 至肌肉恰好不能举起的重量时，收缩速度为零。希尔方程可定量地说明这一关系。
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