De voet (biofysica)

Onderwerp: Biofysica (vwo), Kracht en beweging, Menselijk lichaam (havo)

Tijdens het lopen rust het lichaamsgewicht soms op één voet.

Deze opgave komt uit de lesmethode Overal Natuurkunde 5 vwo, uit het keuzehoofdstuk Biofysica. Uitgeverij: Noordhoff Uitgevers bv.

In figuur 1 zie je hoe de achillespees het hielbeen tijdens het lopen omhoogtrekt. Als de hak loskomt van de grond, drukt het hele lichaamsgewicht in punt T.

Achillespees_f1
Figuur 1: Schematische weergave van het onderbeen.
Vraag a. Teken de voet schematisch als hefboom met de punten R, S en T. Geef ook de richtingen van alle krachten op de hefboom aan.
Achillespees_f2
Figuur 2
Vraag b. Bereken de kracht van de achillespees op het hielbeen voor een persoon met een massa van 85 kg.

Volgens de derde wet van Newton is FT tegengesteld gericht aan de gewichtskracht op de grond en dus in grootte gelijk aan de zwaartekracht:

$F_\text{T} = F_\text{z} = m \cdot g = 85 \cdot 9,\!81 = 834 \text{ N}$

omhoog.

Ten opzichte van S geldt:

$M_\text{R} = M_\text{L} \rightarrow F_\text{R} \cdot r_\text{R} = F_\text{T} \cdot r_\text{T} \rightarrow F_\text{R} = \frac{F_\text{T} \cdot r_\text{T}}{r_\text{R}}$

$F_\text{R} = F_\text{pees} = \frac{834 \cdot 17,\!3}{5,\!0} = 2886 = 2,\!5 \cdot 10^3 \text{ N}$

Vraag c. Bereken de kracht van het onderbeen op het hielbeen.

Er werkt dus een kracht van 2886 N op de voet omhoog en in T van 834 N omhoog.

 De vectorsom van de krachten moet nul zijn, dus in S werkt omlaag:

$2886 + 834 = 3,\!7 \cdot 10^3 \text{ N}$