التعريف بالبيوميكانيك التطبيقي

اعداد : الاستاذ الدكتور صريح الفضلي

إن كلمة بيوميكانيك باختصار هي العلم الذي يبحث في تأثير القوى الداخلية والخارجية على الأجسام الحية، ونعني بالقوة الداخلية العضلات و الاربطة و الأعصاب ، أما القوى الخارجية كالجاذبية الأرضية ومقاومات الوسط وقوى الاحتكاك ورد فعل الارض …وغيرها من القوى الطبيعية التي تؤثر على الكائنات الحية من حيث الحركة، كما وان كلمة بيوميكانيك تتكون من كلمتين يونانيتين هما بيو Bio وتمثل علم الحياة(Biology) و الميكانيكا (Mechanic ).

ويبحث موضوع البيولوجيا في حركة الكائنات الحية بدءً من الخلية والحركات الصغيرة فيها وانتهاءً بحركة الأجزاء الظاهرة الكبيرة المتكونة من عدد كبير من الخلايا الأجهزة المختلفة كالجهاز العضلي العصبي على سبيل المثال… ويعود لاستخدام كلمة بيولوجيا في هذا المجال للعالم Lambert إلى 1801 م .

وهو العلم الذي يبحث في حركات الانسان والحيوان من وجهة نظر القوانين الميكانيكية التي تخضع لها جميع الحركات للاجسام المتماسكة سواء اجسام كبيرة او متناهية في الصغر بدون استثناء .

وحيث لايوجد قوانين ميكانيكية خاصة للاجسام الحية ، فان التركيب المعقد للحركات ووظائف الاعضاء المتحركة تتطلب الملاحظة المضبوطة والدقيقة للخصائص التشريحية والفسيولوجية لهذه الاعضاء لتسهيل عملية التحليل الحركي  وبدون هذه العلوم لايكون استخدام قوانين الميكانيكيا صحيحا.

مخطط 1

اقسام علم الحركة

أما عن مدى علاقة البيولوجيا في البيوميكانيك، فهي إن نظريات البيولوجيا وتطورها واندماجها مع قوانين الفيزياء والرياضيات في وضع مناهجها ، حتم على الإنسان فهم الحركات على مستوى الخلية العضلية الصغيرة وعلى مستوى الأجهزة الوظيفية والشكل الظاهري للحركات. وهذا أحد الجوانب التي يعتمد عليها البيوميكانيك، أما الجانب الآخر، فهو إن نظريات الميكانيكا المعتمدة على دراسة الظواهر الطبيعية وتأثير القوى الداخلية والخارجية على الأجسام يشكل أحد الأسس الهامة في تقييم الأداء الحركي.

والبيوميكانيك هو احد اشكال الميكانيكا الاساسية ، اذ ياتي البيوميكانيك الرياضي من علم ميكانيكيا الاجسام اللينة الغير منتظمة باعتبار ان جسم الانسان يخضع الى هذا النوع من الميكانيكيا والتي هي اصلا لها نوعين،هما الميكانيكا الثابتة والميكانيكيا المتحركة وتضم الميكانيكيا المتحركة ، كينماتيكيا وكينتيكا الانسان الحيوي التي تدخل فيها العديد من العوامل الانثروبومترية والبدنية كالحجم والشكل والوزن والقوة …الخ كعوامل مساعدة في مثل هذا التوصيف، لاحظ المخطط (1) والشكلين (1، 2)

مخطط (2)

الميكانيكيا واشكالها

شكل 2

يوضح التطبيقيات الرياضية المختلفة للبيوميكانيك

وفي الحقيقة هناك خليطا من العوامل التي يمكن ان تؤثر في كفاءة الاداء وسهولته  ومنها العوامل النفسية والقوة العضلية كعامل بدني، والذي نحاول ان نوضحه في هذه المقدمة هو ان دراسة حركة الجسم البشري في اي سلوك حركي تتميز بالتعقيد ، إذ يصعب الفصل بين العوامل المتداخلة فيه ويحتاج الى متخصصين في مجالات متباينة.

لذا فالبيوميكانيك، يعني تفاعل القوى الميكانيكية الأساسية في حركة الجسم البشري من خلال تطبيق المبادئ البيولوجية والميكانيكية.

فمن واجب هذا العلم:

- التعرف على الأسس الميكانيكية للنشاط العضلي البيولوجي ودراسة العلاقات الخاصة بها.

- تطبيق القوانين الميكانيكية على الجهاز الحركي للإنسان.

- دراسة العلاقات المتبادلة بين القوى الداخلية والخارجية المؤثرة على جسم الإنسان وتوافق تأثيرها وعملها أثناء الأداء.

ومن الممكن الاستفادة من مبادئ البيوميكانيك في جميع الألعاب الرياضية عند تدريب وتطوير الأداء الحركي ، وبالشكل الذي ينسجم مع الهدف من هذا الأداء، ولهذا فان البيوميكانيك هو العلم الذي يوفر الأساس الصحيح للمدرب والمدرس عندما يكون الأمر متعلق بتعليم وتدريب المهارات الرياضية من خلال إيجاد حلول للأسئلة التي تدور حول الأداء و الإنجاز الرياضي لمختلف الحركات الرياضية التي تشمل الدفع والرمي والسحب والحمل والوثب والركض.

وان فهم البيوميكانيك سيؤدي حتما إلى فهم الأساسيات المتعلقة بالنواحي التشريحية والفسيولوجية والميكانيكية لحركة الرياضي وهذا سيساعد بلا شك في تعلم وتعليم المهارات وتحسين الأداء الحركي الدقيق، بالإضافة إلى إن فهم المبادئ البيومكانيكية تساعد اللاعب في قدرته على أدراك الخطأ عند التقليد العشوائي لأسلوب خاص بلاعب معين خصوصا إن الميزات البدنية ليست متماثلة بينهم(كالقوة والسرعة والمطاولة والتوافق والقدرة والمرونة والميزات الجسمانية) بالإضافة إلى عدم تماثل الخواص النفسية مما قد يؤدي إلى نتائج عكسية.

-البيوميكانيك الرياضي

بدأت الدراسات الجادة في موضوع تحليل حركات المشي والركض بعد الحرب العالمية الأولى وكذلك بعض أنواع الحركات الرياضية المختلفة، وازدادت الحركة العلمية المتعلقة بالبيوميكانيك الرياضي وبالذات بعد الحرب العالمية الثانية وخصوصا بعد أصبحت الحاجة ملحة لها حيث اهتم الدارسون بتطوير الأجهزة الرياضية لكي يستطيع اللاعبون إعطاء الأفضل دائما تحت عوامل الأمان والسلامة من خلال تعاملهم مع الأجهزة الرياضية في الجيمناستك وغيرها من الفعاليات الرياضية.

فالبيوميكانيك الرياضي يعتبر الحجر الأساس لتقدم اللاعبين في أدائهم الحركي الفني، حيث انه العلم الذي يهتم بتحليل حركات الإنسان تحليلا يعتمد على الوصف الفيزيائي(الكينماتيكي) بالإضافة إلى التعرف على مسببات الحركةالرياضية( الكنتيك) ، بما يكفل اقتصادا وفعالية في الجهد.

وعلى الرغم من تعدد مجالات علم الميكانيكا بشكل عام،فالبيوميكانيك الرياضي يقتصرعلى مدرب ومدرس التربية الرياضية،واللاعبين،ومن الممكن إضافة الباحثين في هذا المجال سواء على مستوى التحليل الحركي أوعمل النماذج الحركية المثالية(الموديلات)للمهارات الرياضية أودراسة فاعلية الأدوات الرياضية وعلاقتها بالاداء الفني والإنجازالرياضي مثل الأحذية وأدوات التدريب المختلفة والملابس المستخدمة بالسباقات.

وكما ذكرنا سابقا بان معلم أو مدرس التربية الرياضية يعتمد على الأسس العلمية للتعلم الحركي وفسيولوجيا التدريب والأداء الفني للمهارات والتمارين المستخدمة في درس التربية الرياضي،ومن الجدير بالذكر انهم لابد إن يعَّوا ويفهموا الأداء الفني للمهارات قبل إن يقوم بتدريسها وهذا يعتمد على فهمهم  للأسس العلمية والشروط الخاصة لبيوميكانيكية هذه المهارات، والتي تعد من الأمور الأساسية المهمة جدا للمدرب الرياضي وخصوصا إذا كانت اللعبة التي يدربوها تعتمد بتطبيقها على استخدام المبادئ البيوميكانيكية في الإنجاز الحركي مثل الجيمناستك، والعاب القوى والألعاب الأخرى،حتى إن بعض الأبحاث تؤكد أهمية الأداء الفني لراكضي المسافات الطويلة مع العلم إن هناك إجماعا بان هذه اللعبة تعتمد على التحمل الهوائي ولا يدخل البيوميكانيك فيها.

وفي السنوات الأخيرة أصبحت الحاجة إلى البيوميكانيك ماسة كونه يمثل أحد علوم الرياضة التي تعتمد عليها الألعاب بدرجة كبيرة من الأهمية، وقد يرجع ذلك إلى سببين هما:

- أصبحت الفروق الفنية ( التكنيك) بين الأبطال العالميين والمستويات الرياضية محدودة يصعب ملاحظتها بالعين المجردة.

-        عادة ما تكون متطلبات العمل أو الأداء على أجهزة وأدوات التدريب والمنافسات كبيرة بالدرجة التي يصعب معها إن ينهي عددا كبيرا من الرياضيين حياتهم الرياضية دون التعرض للإصابة.

لذا يتطلب من المدرب إن يكون متخصصا في البيوميكانيك ليتمكن إن يرتقي إلى مستوى أعلى من المستوى التطبيقي الأساسي المطلوب منه، فعلى جانب خبرته في مجال التحليل العملي والعلمي للحركات والمهارات الرياضية يكون بإمكانه إجراء بحوث وعلى نطاق واسع في المجالات البيولوجية والميكانيكية للحركات الرياضية، فمثلا دراسة أساليب وأشكال الأداء ومراحله للأبطال العالميين في مختلف الألعاب الرياضية يتمكن من خلالها تحديد الخواص والمميزات التي قادت هؤلاء الأبطال إلى تحقيق النجاح.

ولغرض تسهيل دراسة حركة الإنسان فقد حاول العديد من العلماء تقسيم الحركات من وجهات نظر مختلفة ووضع النماذج النظرية والتي يمكن تطيقها ميدانيا حيث تم تقسيم هذه الحركات إلى:

- حركات واجبها الارتكاز

- حركات واجبها التعلق.

- حركات تتضمن حركة الجسم أو الأداة.

- حركات واجبها القوة.

ومن جهة أخرى تم تقسيم البيوميكانيك إلى قسمين ووفقا للحركات التي يؤديها الإنسان وكما يلي:

- القسم  الميكانيكي  والذي يبحث في :

• القوانين والأنظمة الأساسية التي تحكم الأجسام الحية أثناء الحركة واثناء السكون وبذلك يسمى الثابت( الستاتيك) والمتحرك (الديناميك)، والاستاتيكا تدرس النظم التي تكون فيها الحركة ثابتة سواء بدون تحرك او بحركة ثابتة ، أما الديناميكا فتدرس النظم التي يظهر فيها التعجيل.
• · والجزء التطبيقي والذي يهتم في حل المشاكل الحركية العلمية التي تعترض حركة الإنسان وتحسينها وكذلك الأوضاع المثالية والاقتصادية في الجهد خلال ممارسة الفعاليات الرياضية المختلفة أو تطبيق البرامج العلاجية أو التأهيلية.

- القسم الحيوي والذي يبحث في:

• الجانب البيولوجي الذي يبحث في حركة الكائناتت الحية بدءً  من الخلية العضلية والحركات الصغيرة فيها وانتهاءُ بحركة الاجزاء الظاهرة الكبيرة المتكونة من عدد كبير من الخلايا والاجهزة المختلفة كالجهاز العضلي – العصبي على سبيل المثال.

إن تفاعل القوى الميكانيكية الأساسية خلال حركة الجسم البشري مع السيطرة والتحكم الكامل بهذا الأداء من خلال الجهاز العصبي و ردود الأفعال والإدراك الحسي ووفقا للهدف من الأداء أو الحركة لغرض تنفيذ هذا الأداء وتحقيق الإنجاز بالاعتماد على توضيح العلاقة بين السبب والنتيجة أعطى ذلك في إن يكون هناك مجالين رئيسين للبيوميكانيك في الرياضة وهما:

- مجال تحليل الأداء: وفي هذا المجال تطرح عادة بعض الاسئله منها:

• ماهي خصائص تكنيك افضل الرياضيين ( مثلا، ما الذي يميز لاعبي أو فرق الأدوار النهائية عن اللاعبين أو الفرق الذين تم إقصائهم في الأدوار التمهيدية)
• إلى أي مدى يمكن إن تؤثر عوامل معينة في الأداء الحركي واداء الحركات
• المختلفة ككل.( مثلا، إلى أي مدى يمكن أن تؤثر خطوات الاقتراب في مسافة القفز أو الادء لأي مهارة تتطلب ذلك).
• ماهي الاختلافات الفنية بين كل من الرجال والنساء عن تطبيق الأداء لمختلف
• الحركات الرياضية.( مثلا، هل هناك اختلاف في نسب مراحل الوثب الطويل بين الرجال والنساء)

- مجال تحليل الحمل: ونستعرض بعض الأسئلة في هذا المجال

• ماهي القوى المؤثرة في حركات متعددة.( مثال، ماهي قيمة الحمل الواقع على قدم الارتقاء أثناء الدفع والنهوض)
• كيف تتغير الأحمال كنتيجة طبيعية للتعب (بداية اللعب أو المنافسة ونهايتها، كما عند عداء الـ 100 متر، اذ يكون هناك اختلاف في نمط الخطوة بين بداية ونهاية السباق ).
• كيف يمكن التغيير في التدريب لتخفيض الأحمال.
• بالنسبة للنقطة الاولى :ان التكنيك له علاقة بمتغيرات بيوميكانيك اساسية كعزوم القصور الذاتي والعزوم والزخم المتحقق للجسم اثناء الحركة ومتعلقات القوة بالزمن والسرعة والحركة ، وكل هذه المتغيرات لها علاقة مباشرة بقياسات الجسم المناسب للرياضة المناسبة ،لذا نجد ان فرقا تصعد الادورا النهائية على حساب فرقا اخرى نتيجة ذلك .
• النقطة الثانية : ان كل اقتراب للجسم يعني اكساب ذلك الجسم  سرعة، والسرعة المتحققة تتناسب طرديا من المسافة الافقية او العمودية التي تنجز بعد الاقتراب(لحظة النهوض) لذا فان الذي يمتلك سرعة اكبر يكون انجازه اعلى وفقا للعلاقات التالية (المسافة العمودية= س2 /2 ×ج ،المسافة الافقية = س2 / ج)
• النقطة الثالثة ترجع الفروق في نسب المراحل الفنية اصلا الى الفروق في القدرات البدنية بين المرأة والرجل اذ تتناسب طرديا مع بعضها البعض الاخرى من ناحية تحقيق العزوم المعيقة واكتساب الزخوم المناسبة وتحقيق النقل الحركي المناسب.
• النقطة الرابعة:يقصد بها تبادل القوى الداخلية والخارجية، ومقدار القوة تتحملها العضلات عند اداء الحركات ضد الجاذبية، مثلا قد يصل مقدار المقاومة التي يقع على عضلات رجل واثب الثلاثية الى 7 اضعاف وزنه ، كيف يمكن تجاوز هذه المشكلة.
• النقطة الخامسة ، تتبلور في كيفية زيادة كفاءة الرياضي على الاداء في ظروف التعب ، يمكن ان يكون العمل على شدة التدريب وفقا لنظريات ميكانيكية  لتجاوز هذه المشكلة كنظرية الطاقة الحركية ونظرية الشغل كما سياتي شرحها لاحقاً..
• النقطة الاخيرة:لماذا لاعبوا الجيمناستك قصيرين؟اكبر طول لافضل لاعب جمناستك عادة بين مدى 1.55الى 1.62متر بينما لاعبات الجيمناستك النموذجيات مدى اطوالهن يتراوح ما بين (1.35 متر) الى (1.50 متر) وهن غالباً الاقصر،لانهم يتعاملون عند القفز مع اجسامهم ، فالقوة النسبية لديهم هي المهمة وليس القوة المطلقة في الجيمناستك لذا يمتلك رياضيو الجيمناستك ميزة قصار القامة.
• دافعي الثقل يتميزون بالطول وكتلة الجسم الكبيرة؟ لان قوتهم المطلقة هي الاهم، لذا يتمتع الرياضيون بابعاد جسمية كبيرة في هذه الرياضة ، وهكذا

لقد تزايدت أهمية الأبحاث في مجال التدريب والمنافسة وبناءا عليه فأنه يجب على كل مدرب أن يحصل على بعض المعلومات الأساسية الأكثر أهمية، بهدف فهم نتائج الأبحاث البيوميكانيكية، حتى يجد إجابات على تساؤلاته.

ويعطي البيوميكانيك الاجابه عن العديد من الأسئلة التي تواجه المدربين في مختلف الألعاب الرياضية، فمثلا، وضمن واجبات تحليل الأداء، ربما يقودنا هذا التحليل مثلا للاجابه عن، أي العضلات تشارك في عملية الضرب الساحق في الكرة الطائرة، وما طبيعة الحركات في الذراع والجذع والتي تكون مسئوله عنها هذه العضلات ؟ أو أي العضلات تحتاج إلى تطوير القوة الخاصة لكل رياضي في لعبته بألعاب القوى؟ أو إلى أي مدى يمكن لتمرين الضغط بالذراعين(بنج بريس) أن يطور من قوة العضلة الباسطة للمرفق ؟أوأي التمارين هي الأفضل لتطوير العضلات الباسطة للركبة(الرباعية) بأقل تأثير فعلي على أسطح العظام المتفصله؟أو ماهي كمية المقاومة التي يجب أن تتغير خلال مدى حركة التمرين للحصول على فاعلية أكثر من التمرين الاعتيادي. حلول هذه الاسئله يجب أن يكون على أساس توافرالمعلومات ذات الصلة الوثيقة بقابليات الإنسان وتحديد المعلومات عن المميزات الفسيولوجية والبايوميكانيكية والعوامل البايولوجيه.

في الوقت الحاضرهناك معلومات جوهريه حول بعض الحقول الخاصة بالأداء الحركي من خلال الفسلجة الرياضية، وأيضا، هناك معلومات جزئية حول بعض المبادئ البيوميكانيكية المحددة، وهذا يسحبنا إلى إن جميع التطبيقات الحركية تصمم وفقا لتسلسلها الحركي الصحيح من ناحية التعلم ووفقا للتحديدات البيوميكانيكية التي تعطي الاقتصاد بالحركة وانسيابيتها في هذه التطبيقات العملية، وعلى هذا الأساس، يتم التعامل مع علم البيوميكانيك في إيجاد العديد من الحلول التدريبية والتعليمية والفسيولوجية.