Почему если долго держать руку вытянутой от себя, рука начинает устовать и...

Рука не есть некое литое изделие. Состоит из костей, суставов, мышц. Когда держишь вытянутой руку, тем более с предметом напрягается определенная группа мышц, т.е. мозг дает команду мышцам на сокращение, затрачивается энергия. Вот они и устают...