گشتاور و اهرم ها در بدن انسان – بیومکانیک ورزشی

جفت نیرو: دو نیروی برابر که به صورت غیر مرکزی به جسم وارد می شوند و موازی و مختلف الجهتند. اگر دو نیروی غیر مرکزی برابر به جسم وارد شود جسم در جای خود دوران می نماید و جابجایی اتفاق نمی افتد.

اگر یک نیروی غیر مرکزی به جسم اثر نماید جسم هم دوران دارد (حول مرکز گرانش) و هم جابجا می گردد. عاملي است كه سبب چرخش يك جسم حول يك نقطه يا يك محور مي شود.

حاصل جفت نيرو (نيروي مضاعف) وارد بر يك جسم معياري است براي سنجش تمايل چرخش در آن جسم كه آنرا اصطلاحا گشتاور مي ناميم.

گشتاور برابر حاصلضرب اندازه نيرو در فاصله نقطه اثر نيرو تا محور دوران مي باشد.

F: نيرو بر حسب نيوتن

R: فاصله عمودي نقطه اثر نيرو تا محور چرخش يا  كوتاهترين و عمودي ترين فاصله بين خطوط عملکرد دو نيرو(بازوي گشتاور) بر حسب متر

T: گشتاور بر حسب نيوتن متر

T=F*R

دامنه تمايل براي ايجاد چرخش با افزايش يا كاهش نيرو يا طول بازوی گشتاور مقدارش كم و زياد مي شود.

مقدار نيروی درگير كه هر چه بيشتر باشد چرخش بيشتر است.

هر چه بازوي گشتاور بيشتر شود نيروي لازم براي چرخش كمتر مي شود و تمايل چرخش جسم بيشتر مي شود.

پس گشتاور با اضافه كردن طول بازو قدرت اجراي كار بيشتري خواهد داشت.

هرچه بازوي گشتاور كوتاهتر باشد به نيروي بيشتری جهت چرخش نياز است و تمايل جسم براي چرخش كمتر مي شود.

پس گشتاور با كاهش طول بازو قدرت اجراي كار كمتري خواهد داشت.

يك وزنه كوچك با فاصله اي مشخص از محور چرخش در مقايسه با وزنه بزرگتر كه به همان ميزان از محور دوران فاصله دارد داراي گشتاور كوچكتري مي باشد.

اگر بازوي گشتاور برای وزنه بزرگتر كاهش پيدا كند يعني به محور چرخش نزديكتر شود گشتاور براي هر دو وزنه يكسان مي شود.

خم كننده هاي آرنج براي نگه داشتن ساعد در شكل اول نسبت  به شكل دوم به نيروي كمتري نياز دارند.

زيرا در حالت اول f كمتر است و گشتاور كمتر است و نيروي لازم براي مقابله با چرخش هم كمتر است.اما در حالت دوم همه برعكس مي باشد

هنگامي كه وزنه به آرنج نزديكتر مي شود حركت دادن ساعد به بالا حول مفصل آرنج با تلاش كمتري صورت مي گيرد.

يك قايقران از سه طريق مي تواند طول بازوي گشتاور را تغيير دهد:

با تغيير محل دستهاي خود نقطه وارد شدن نيرو را بر دسته پارو تغيير دهد.

فاصله محور چرخش(محل اتصال پارو با قايق)را با دستگيره با تغيير در محل اتصال تغيير دهد.

جهت نيروي وارده بر دستگيره را تغيير دهد.

در بدن انسان وزن هر قسمت در يك لحظه نمي تواند تغيير كند بنابراين گشتاور يك قسمت به نيروي گرانشي روي مركز ثقل مربوط مي شود كه فقط مي تواند با تغيير طول بازوي گشتاور در ارتباط با محور چرخش عوض شود.اين عمل با حركت دادن يك قسمت از بدن به وجود مي آيد به طوريكه امتداد نيروي وزن نزديكتر ويا دورتر از محور چرخش مي شود.

اصل برايند گشتاور

وقتي يك جسم تحت تاثير چند نيرو كه هر كدام تمايل دارد آن را در جهتي بچرخاند،قرار گيرد اثر اين نيروهاي مخالف در محور،حاصل جمع جبري نيروهاي وارده بر آن محور است.

چون گشتاورها برداري هستند جمع آن ها هم برداري مي باشد.

جهت چرخش گشتاورها:

موافق عقربه هاي ساعت:منفي

مخالف عقربه هاي ساعت:مثبت

علامت گشتاورها را هنگام جمع كردن بايد حساب نمود.

تعادل گشتاور

هر گاه مجموع گشتاورهاي خلاف عقربه با مجموع گشتاورهاي موافق عقربه برابر باشند هيچ چرخشي ايجاد نمي شود و حالت تعادل برقرار مي باشد. پس وقتي جمع گشتاورنيروهاي حول يك محور برابر صفر باشد هيچ نوع چرخشي وجود ندارد.

تعريف اهرم:

حاصل نيروي گشتاور، چرخش حول يك محور مي باشد .

اگر چرخش ها حول يك محور ثابت مورد توجه باشند ،تاثيرا ت اهرمي مي تواند مورد بحث قرار بگيرد .

اهرم یک میله سخت است که حول یک محورثابت (تکیه گاه) حرکت ميكند.

با تلاش كمتر مي توانيم مقاومت نسبتأ بزرگتري را از سر راه برداريم ، يا با افزايش طول بازوي اهرم مي توانيم مقاومت نسبتآ زيادي را جابه جا كنيم .

اهرم ها دو دسته اند:

اهرم هاي  بيروني كه انسان ها به شكلي در تلاش براي زندگي روزمره خود از آن ها استفاده مي كنند، مانند در بازكن نوشابه ، ميخ كش ، انبردست و…

اهرم هاي آناتوميكي كه در بدن انسان تقريبا هراستخواني از اسكلت بدن انسان همانند يك اهرم عمل  مي كند.

نیرویی راکه در اثر وزن یا وزنه عمل می کند نیروی مقاوم ، ونیرویی را که در صدد است اهرم را به حرکت درآورد نیروی محرک می نامند.

اين نقاط شامل :

محور ( مفاصل )

محل اعمال نيروي محرك (معمولا به سر متحرك يا انتهاي عضله وارد مي شود )

محل كاربرد نيروي مقاوم ( مركز ثقل اهرم يا استخوان  و گاهي اوقات وزنه يا شئ خارجي اضافه شده به آن )

قسمت های مختلف یک اهرم:

اهرم نوع اول

اين اهرم اساسأ براي ايجاد حركات متعادل طراحي مي شود. كه در آن تکیه گاه بین نیروی محرک و نیروی مقاوم است .

اهرم نوع دوم

نیروی مقاوم بین تکیه گاه و نیروی محرک.(بازوي محرك بلندتر از بازوي مقاوم است ) ،افزایش نیروي حركتي.تعداد اهرم هاي نوع دوم در بدن انسان نسبتا كم است .

اهرم نوع سوم

نیروی محرک بین نیروی مقاوم و تکیه گاه دارد.( بازوي مقاوم هميشه بلندتر از بازوي محرك است )افزایش سرعت و دامنه حركت.بيشتر اهرم هاي بدن از نوع سوم هستند كه حتي براي حركت دادن نيروي مقاوم كوچك به نيروي محرك خيلي بزرگ نياز دارند.

انواع مختلف اهرم ها :

حركت نقطه ها بر روی اهرم

اگر در اهرمي كه حول نقطه اتكاي خودش حركت مي كند تمام نقاط حركت كننده روي اهرم قوسي شكل باشند(حركت زاويه اي) نقطه اي كه ازنقطه اتكا دورتراست نه فقط به طور متناسب با فاصله زيادتر حركت كرده بلكه بطور متناسب با سرعت بيشتري هم حركت كرده است.

برخي ابزار ورزشي هم به عنوان اهرم يا وسيله اي جهت گسترش اهرم هاي بدن به كار مي روند.اين ابزار اگر باعث افزايش طول دست شوند سريعتر از خود دست حركت خواهند كرد.پس هر چه طول وسيله بيشتر شود سرعت آن هم به همان نسبت افزايش مي يابد.چوب گلف بلندتر سرعت بيشتري  از چوب گلف كوتاهتر دارد.هر چه سر چوب به توپ نزديكتر باشد به توپ با سرعت بيشتري ضربه مي خورد.

هر چه اهرم بلندتر باشد ، در افزايش نيرو به طور مؤثرتري عمل مي كند .يك بازيكن تنيس با آرنج صاف و كشيده در مقايسه با آرنج خم ،مي تواند ضربه شديدتر و محكم تري به توپ تنيس بزند ، چون در اين شرايط ، اهرم ( طول بازو و راكت تنيس) بلندتر بوده با سرعت بيشتري حركت مي كند در ورزشهايي از قبيل بيسبال ، هاكي ، گلف و ديگر ورزش ها ، اهرم هاي بلند به همان نحو باعث ايجاد نيروي خطي بيشتر و در نتيجه اجراي بهتر مهارت ورزشي مي شوند. 

گاهي اوقات كوتاهتر كردن اهرم (خم كردن مفاصل) براي انجام حركات سريع بهتر و مطلوب تر به نظر مي رسد.دونده دوي 100 متر با خم كردن مفصل زانو ، اهرم پايش را به حدي كوتاه ميكند كه تقريبأ ميخ هاي كفش او با عضلات سريني تماس حاصل پيدا مي كند .نياز به بازوي مقاوم كوتاه مي باشد بنابراين وزنه نزديك بدن نگه داري مي شود.همچنين يك بازيكن بيسبال نيز به منظور پرتاب سريع توپ از طريق خم كردن دست از ناحيه آرنج و آوردن آن به طرف گوش ، بازوي اهرمي را كوتاه مي كند .

مثال هایی از کاربرد اهرم ها در بدن:

اختصاصی 

elmevarzesh.com

منابع:

بيومكانيك كاربردي در ورزش:پرويز كماسي

بيومكانيك فنون ورزشي:مهدي نمازي زاده

دانش حركات انسان در ورزش:فرزام معلميان

بيومكانيك كاربردي در ورزش:رضا عليجانيان

بيومكانيك تكنيكهاي ورزشي:جيمز هي

---