المفاهيم الأساسية في الميكانيكا الحيوية الرياضية ( 6 )
الجزء السادس والاخير
الحركة الزاوية :
الحركة الزاوية هي حركة دورا نية . عندما يكون هناك شيء يدور، فإنه دائما يدور حول محور . وقد يكون المحور حقيقيا كما هو الحال في مفصل (رزة) الباب ، ومركز الباب الدوار، ومحور العجلة ، أو جهاز العقلة . وقد يكون وهميا ، كدوران الجسم في الهواء بدون تقديم المساعدة (الدعم) . في هذه الحالة فإن محور الدوران هو بالضبط مركز الثقل في الجسم . وهي النقطة التي يتركز فيها كل وزن الفرد (أي في وسط الجسم بدقة). ذلك المركز أو الوسط يتغير في كل مرة يتغير فيها شكل الجسم . إذا تم رفع الذراعين فوق الرأس ، فان الوزن ينتقل بعيدا عن المركز الأصلي للجسم والآن يتحرك مركز الثقل في هذا الاتجاه . عندما يكون الجسم دوار في الهواء ، فإنه يدور دائما حول مركزه بالضبط ، لا يهم أين يقع هذا المركز . يكون وصف الحركة الزاوية بالدرجات التي خلالها يتحرك الشيء.
مفاهيم الحركة الزاوية مماثلة لمفاهيم الحركة الخطية ، ولكن المصطلحات تغيرت من أجل التعرف على ارتباطها بالدوران على وجه التحديد . وهي لا تزال تأخذ القوة للتغلب على القصور الذاتي وذلك لإنتاج كمية الحركة . يطلق على قوة الدوران عزم الدوران . وعزم الدوران مطلوب من أجل تدوير الجسم . وبدلا من الاضطرار للتغلب على القصور الذاتي البسيط (الوزن أو الكتلة) ، يجب علينا الان التغلب على القصور الذاتي الزاوي . لا يقتصر الأمر على مقاومة حركة الكتلة فقط ولكن أيضا ، عندما تحاول تدوير جسم ، فان طول الجسم له تأثير على كيفية تسهيل دورانه . فالجسم الاطول يصبح اكثر صعوبة عند دورانه أو تدويره . حتى الآن هناك نوعان من العوامل التي تشكل القصور الذاتي الزاوي للجسم وهما طول الجسم وكتلته . وعليه فسيكون هناك المزيد من القصور الذاتي الزاوي ( مقاومة أكثر لعزم الدوران أو القوة الزاوية) مع زيادة كتلة الجسم وزيادة طوله عندما يتم تطبيق القوة .
متى ما كان مقدار القوة (عزم دوران) المطبقة على الجسم كافيا (يكفي للتغلب على القصور الذاتي الزاوي) ، سوف ينتج كمية الحركة الزاوية ( الزخم الزاوي) . وإن مقدار كمية الحركة الزاوية (الزخم الزاوي) سوف يعتمد على القصور الذاتي الزاوي (أي .على مقدار كمية كتلة الجسم وطوله) والسرعة (السرعة الزاوية) التي يدور فيها الجسم . ومن المهم هنا أن نعرف كيف يتم إنشاء عزم الدوران .
فعزم الدوران بشكل عام هو مزيج من قوتين (من حيث الفيزياء – قوى مزدوجة ) . على سبيل المثال ، من الممكن أن نسبب الدوران للجسم عن طريق ما يمكن أن نسميه " تأثير التعثر" وهو إلى حد كبير نفس التعثر الذي قد يحدث للشخص عندما يمشي فوق شيء ما ( التأثير الذي سيؤدي للتدوير للأمام ، وربما السقوط على الوجه ) بالتالي يقع في أو يتعثر بدحرجة إلى الأمام . لاعب الجمناستك يقوم بذلك عن طريق الركضة الأولى إلى الأمام (خلق زخم أفقي) . وعن طريق الوثب وجعل القدمين معا عند النزول على لوحة القفز أو البساط فان قدميه تتوقف بحكم قوة الكبح (الاحتكاك) . ومع الجمع (المزج) بين كمية الحركة الأفقية (الزخم الأفقي) وتوقف القدمين ، يخلق لاعب الجمناستك قوى مزدوجة . خلال الوقت ستكون القدمين على اتصال مع لوحة القفز أو البساط ، ويكون الجسم حرا فقط للدوران . ومحور الدوران يصبح النقطة التي تكون فيها القدمين على اتصال مع لوحة القفز أو البساط . في حال ظلت القدمين على اتصال مع لوحة القفز أو البساط ، فأن الجسم فعليا سيسقط وبشكل ممدود على وجهه . ما يحدث عادة هو أن الشخص يدفع بالساقين للأسفل على سطح الإقلاع (النهوض) مع قوة كافية لرفع الجسم ليطير في الهواء (الطيران الاول) . عندما يذهب الجسم في الهواء فسوف (معتمدا على مقدار كل هذه القوى) يواصل التحرك للأمام كنتيجة للركض ، وللأعلى كنتيجة للدفع بالساقين للأسفل ، ويدور كنتيجة " لتأثير التعثر " الذي تم خلقه من خلال توقف القدمين على لوحة النهوض ومضي الجسم قدما للأمام .
ومن الممكن أيضا تدوير الجسم من خلال تطبيق ما يسمى القوة اللامركزية (أي القوة التي لا تمر مباشرة خلال مركز ثقل الجسم) . على سبيل المثال ، عندما نجتاز من خلال الباب الدوار، فإننا نقوم بدفعه على مقربة من الزاوية اليمنى (90 درجة) إلى الباب . نحن لا ندفع على نهاية الباب في اتجاه محور الدوران الذي سيكون هو مركز الثقل أيضا .
إذا فكرنا في الدائرة مع محور الدوران في وسط الباب ، فإن الباب سيصبح نصف قطر الدائرة . وبدلا من تطبيق القوة في اتجاه نصف قطر الدائرة ، فإنها تطبق في الزاوية اليمنى لنصف قطرها (مماس الدائرة) .
ربما يكون مثالا آخر.. لتحقيق توازن العصا (ليس في النهاية) في منتصف إصبعك. إذا دفعت الآن وأرسلت العصا في الهواء للأعلى فإنها لا ينبغي ان تدور (لا تدور إذا كان إصبعك مباشرة تحت مركز ثقلها - وهو الشرط الضروري لتحقيق التوازن). ومع ذلك ، إذا وضعت إصبعك بعيدا عن مركز ثقل العصا وإجريت نفس التجربة فسوف تجد أن العصا ليس فقط تذهب للأعلى ولكنها ستدور أيضا . وكلما ابتعدت عن مركز الثقل الذي وضعت إصبعك تحته سيكون لديك تأثير أكثر للدوران واقل رأسيا على العصا . نحن نستخدم هذه الطريقة لإنتاج الدوران عن طريق عمل ميلان بالجسم في اتجاه واحد أو لآخر عندما لم يتم توجيه القوة بدقة خلال مركز ثقل الجسم . وكنتيجة لذلك ، فإن تأثير القوة لعمل القلبات والدورانات عند لاعب الجمناستك أو الغطاس سيبدأ عند مغادرتهما لنقطة الانطلاق (منصة الوثب) . زيادة الميلان يؤدي إلى زيادة الانقلاب وسيكون هناك تأثير عمودي أقل .
من المهم أن ندرك أن كل كمية الحركة الزاوية ( الزخم الزاوي ) تخلق مرة واحدة . فهي تخلق والجسم لا يزال على اتصال مع الأرض أو مع الجهاز، وبعبارة أخرى ، تخلق في وقت الإقلاع (الترك) . ان كمية الحركة الزاوية (الزخم الزاوي) هي نتاج القصور الذاتي الزاوي (كتلة وطول الجسم) والسرعة الزاوية . وما أن يصبح الجسم في الهواء ، فأنه من المستحيل خلق أي كمية حركة زاوية .
ومع ذلك ، عندما يكون الشخص في الهواء ، ومتحرر من الدعم (المساعدة) والدوران ، فإنه يستطيع أن يغيير في المتغيرات التي تشكل كمية الحركة الزاوية . ولنتذكر أن :
الزخم الزاوي = القصور الذاتي الزاوي X السرعة الزاوية .
وما يمكننا رؤيته بسهولة عندما يضاعف الشخص القلبات الهوائية من ارتفاع كبير هو عملية تغيير في السرعة الزاوية . والذي نحن في بعض الأحيان لا ندرك تزامنه (في نفس الوقت) هو تغير في القصور الذاتي الزاوي . ومع أنه من المستحيل تغيير كتلة الجسم أثناء وجوده في الهواء ، لكنه يمكننا تغيير شكل الجسم عند الرغبة . عندما نقوم بمد الجسم (إطالة وضعه)
فهو الطول الذي ربما يكون مناسبا للدوران إلى الأمام أو إلى الخلف أو إلى الجانب .
فإذا كان الجسم يدور إلى الأمام فإنه يمكننا الحصول على قصور ذاتي زاوي اكثر من خلال مد الجسم والتقليل من وضع تكوره . بينما في الدوران بالهواء حول المحور الافقي (القلبة الهوائية) ، فإننا نستطيع زيادة القصور الذاتي الزاوي (تطويل الجسم) ، من اجل ابطاء السرعة الزاوية لدينا ، أو أننا يمكن أن نقلل من القصور الذاتي الزاوي (تقصير الجسم) من أجل تسريع السرعة الزاوية لدينا . أحد العوامل سيقل بنفس الكمية التي سوف يزيد بها الطرف الآخر ، ولذلك فان مجموع كمية الحركة الزاوية ( الزخم الزاوي) الكلي سوف لن يتغير ابدا .
مرجحة البندول :
نستطيع تطوير كمية الحركة الزاوية (الزخم الزاوي) على الجهاز بطريقة مشابهة لطريقة " تأثير التعثر" الذي تم التطرق إليه آنفا ، والفرق الرئيسي هو أنه بدلا من الحركة الأفقية التي تبدأ بها الحركة ، تكون القوة العمودية هي المسؤولة . والقوة العمودية المقصودة هنا هي الجاذبية الأرضية . والتي لها نفس التأثير على جميع الأجسام بغض النظر عن حجمها أو وزنها . وبحكم القوة باتجاه الأسفل (الجاذبية) وتثبيت اليدين أو أي جزء آخر من الجسم على الجهاز، يمكننا خلق قوة مزدوجة . لأن تثبيت اليدين أو أي جزء آخر من الجسم على الجهاز سيصبح المحور الذي يدور حوله بقية الجسم (والذي هو حر في التنقل) .
نحن نخلق ما نسميه المرجحة البند ولية . فمن الممكن المرجحة ذهابا وإيابا والاستمرار في بناء مرجحة كبيرة ، أو أنه من الممكن الدوران تماما حول جزء من الجهاز . وخلال فترة كلتا الحالتين التي ندور فيها لدينا كمية حركة زاوية ( زخم زاوي) . من أجل اتخاذ أكبر فائدة من الجاذبية الأرضية فإننا نعمل على إطالة أجسامنا في المرجحة للأسفل . هذا يسمح لمركز الثقل في الهبوط بمسافة أكبر، مما تعطيه أكبر سرعة في أسفل المرجحة (قاع المرجحة) . ينبغي علينا أن نقرر ما إذا كان الفرد لديه القوة للحفاظ على اتصال ثابت مع جهاز. وبعبارة أخرى ، وذلك بسبب الزيادة في كمية الحركة الزاوية ( الزخم الزاوي) كنتيجة للزيادة في القصور الذاتي الزاوي (إما بسبب كبر الكتلة أو ازدياد طول الجسم) ، فإن الجسم في حاجة إلى زيادة القدرة للسيطرة على الزيادة في كمية الحركة الزاوية . من أجل التقليل من القصور الذاتي في أي وقت، وعلى وجه الخصوص ، في المرجحة للأعلى ، نعمل على تقصير الجسم وبنفس ما فعلنا معه في الهواء (تقريب أجزاء الجسم من محورالدوران) . هذا سيؤدي إلى زيادة السرعة الزاوية لدينا ويساعدنا على تحقيق دوران بشكل كامل إذا شئنا . من خلال استخدام نفس المبادئ التي تحكم تعلم التمرجح في مراجيح اللعب عندما كنا صغار السن ، يمكن أن نتعلم من أن " نمرجح " أجسامنا على أجهزة الجمناستك .
نظريا، يمكن للشخص مواصلة المرجحة البند ولية إلى أجل غير مسمى دون الكثير من الجهد وبالمستوى الذي بدأ بها . ومع ذلك ، فإن الاحتكاك يقلل باستمرار من ارتفاع المرجحة حتى يصل الشخص إلى التوقف . قد تكون مقاومة الهواء أيضا عامل سلبي . إذن ما هو الشيء الذي يجعل الشخص قادرا على التمرجح عاليا ؟
بما إن القوة الوحيدة المتوفرة هي تأثير الجاذبية الأرضية ، وإن الهدف هو المحاولة لوضع الجسم في مستوى أعلى من أجل أن تأخذ الجاذبية وقتا أطول للعمل . وبهذه الطريقة فإن الجسم سيحصل على أعظم قدر من السرعة في الجزء الأسفل من المرجحة (قاع المرجحة) (والذي هو نظريا ، النقطة الأكبر سرعة خلال قوس كامل) ، وسوف يرتفع إلى أعلى نقطة في المرجحة للأعلى . وهذه هي الطريقة الوحيدة التي يمكن القيام بها للتقليل من القصور الذاتي الزاوي بحيث يتم زيادة السرعة الزاوية . والزيادة في السرعة الزاوية ستؤدي إلى أعلى قمة تصل فيها المرجحة للأعلى في كل مرة على التوالي حتى يكون بإمكان الجسم المحاولة لعمل دورة كاملة (وهو أمر مستحيل عمليا عند التمرجح في مراجيح اللعب ، لأن السلاسل ليست جامدة وستنهار بعد الارتفاع ما بعد الوضع الأفقي ) . بما إن القصور الذاتي الزاوي للبندول يتكون من كتلته (الوزن) وطوله ، وبما أننا لا نستطيع فعل شيء عملي للتقليل من وزن الجسم نفسه ، فعلينا أن نعمل مع طول البندول . فيمكننا التقليل من القصور الذاتي الزاوي عن طريق تقصير نصف قطر الدوران (تقريب اجزاء الجسم إلى محور الدوران) في المرجحة للأعلى . ثم بنفس المبدأ ، ومن أجل تحقيق أقصى قدر من تأثير الجاذبية في المرجحة للأسفل ، ينبغي لنا أن نفعل عكس ذلك تماما ، أي إطالة نصف قطر الدوران من خلال تحريك مركز ثقل الجسم بعيدا عن محور الدوران .
فعندما نتعلم أي مهارة تنطوي على المرجحة علينا أولا أن نهتم بتطوير نمط المهارة المعنية مع أقل قدر ممكن من المرجحة . وينبغي أن نتعلم التغييرات المناسبة في شكل الجسم ، والتوقيت الصحيح لتلك التغييرات في الشكل أولا. وعند تعلم الخصائص الأساسية للمهارة ، يمكن إضافة المزيد من القوة إلى المهارة عن طريق تحريك مركز ثقل الجسم بعيدا عن محور الدوران في المرجحة للأسفل . وبما أن هذا سوف ينتج المزيد من كمية الحركة الزاوية (الزخم الزاوي) ، يجب أن يكون هناك قلق على سلامة الفرد ، وحكم أولي فيما إذا كان الفرد غير قادر على الحفاظ على الاتصال مع الجهاز في الجزء السفلي من المرجحة (قاع المرجحة) . كل مهارة تقتضي المرجحات تكون عملية تعلم الحركات الأساسية مع أقل قدر من المرجحة ، ثم يصار إلى إضافة المرجحة من أجل زيادة السعة للمهارة مع الأخذ في الاعتبار أن إطالة الجسم في المرجحة السفلية كثيرا سوف يكون مجموع كمية حركة ( زخم ) الجسم كبيرا في الجزء السفلي من المرجحة (قاع المرجحة ) .
رد مع اقتباس
المفضلات