الروافع
الروافع:
تعبر الرافعة آلة ميكانيكية بسيطة استخدمها الإنسان على مر العصور للتغلب على المقاومات الخارجية وتحريك الأجسام الثقيلة،وذك عن طريق بذل مجهود بسيط نسبيا في إنجاز أعمال يصعب إنجازها بالقوة العضلية العادية.حيث ينتج عن استخدام الرافعة شغلا ميكانيكيا يعمل على اتزان وتحريك الأجسام لمسافات
والفكرة الأساسية من الرافعة باختلاف أنواعها،هي وجود محور تثبيت أو دوران تتباين أماكن تأثير كل من القوة والمقاومة المؤثرة فيه بتباين هذه الأنواع،وبما أن المسالة تعتمد على وجود هذا المحور فان التأثير الميكانيكي لهذه القوى(القوة المبذولة ـ المقاومة المراد التغلب عليها)يكون عبارة عما تحدثه هذه القوة من عزم حول هذا المحور.
والفكرة الأساسية من الرافعة باختلاف أنواعها،هي وجود محور تثبيت أو دوران تتباين أماكن تأثير كل من القوة والمقاومة المؤثرة فيه بتباين هذه الأنواع،وبما أن المسالة تعتمد على وجود هذا المحور فان التأثير الميكانيكي لهذه القوى(القوة المبذولة ـ المقاومة المراد التغلب عليها)يكون عبارة عما تحدثه هذه القوة من عزم حول هذا المحور.
أنواع الروافع الميكانيكية:ـ
يحدد محور الدوران بالنسبة للقوة المؤثرة والقوة المقاومة نوع من الرافعة حيث تنقسم الروافع إلى ثلاثة أنواع .
النوع الاول:
يلاحظ إن هذا النوع يتميز بوجود محور الدوران بين خطى تأثير كل من القوة المحركة والمقاومة.
النوع الثاني:
ويتميز بوجود المقاومة بين كل من خط تأثير القوة ومحور الدوران.
النوع الثالث:
ويتميز بوجود القوة بين كل من خط تأثير المقاومة و محور الدوران.
ولكل رافعة ميزة ميكانيكية تحكمها العلاقة بين كل من القوة المحركة والقوة المقاومة، ونواتج عزمهما حيث انه يمكن استنتاج الميزة الميكانيكية للرافعة بناتج قسمة القوة المقاومة على القوة المحركة فإذا ما كان ناتج القسمة اكثر من واحد صحيح فان هذا يعنى عدم وجود ميزة ميكانيكية للرافعة، أما إذا قل الناتج عن واحد صحيح فان هذا يعنى أن للرافعة ميزة ميكانيكية يحدد مقدارها هذا الناتج.ويمكن تطبيق هذه القاعدة على أنواع الروافع الثلاثة والشكل التالي يوضح نماذج من الروافع الميكانيكية في الحياة العامة.
فمعظم روافع الجسم من النوع الثالث حيث يقع فيها خط تأثير القوة العضلية بين محور الدوران والمقاومة وإذا تناولنا هذا الموضوع من حيث الميزة الميكانيكية التي يتيحها العمل العضلي فسوف نجد أن هذه الميزة محدودة جدا ألا أن اندغام العضلات علي مسافات قريبة من محاور المفاصل يسمح بمدي حركي واسع في الطرف البعيد للجزء المتحرك وهذه هي إحدى أهم مميزات الروافع من النوع الثالث حيث أن هناك اختلافا كبيرا بين حركات الأجسام المادية وحركة أطراف الجسم البشري والتي تتسم بدرجة كبيرة من الدقة والضبط والتوافق مع توافر سرعة عالي في الطرف البعيد.
فإذا ما اعتبرنا القوي العضلية قوة محركة للرافعة فان الأمر يحتاج ألي نوع من الدعم يتمثل في مشاركة مجموعة من العضلات في العمل وهو ما يتوفر في جميع مفاصل الجسم حيث لا تعمل عضلة واحدة في أداء أي مهمة حركية
فقبض الساعد هو بالمقام الأول مسئولية العضلة ذات الراسيين العضدية إلا انه في حقيقة الأمر نجد أن العضلة العضدية الكعبرية والعضلة العضدية تعملان عند بدء القبض في مساعدة العضلة الرئيسية علي إنجاز العمل المطلوب منها
ومن اكثر الأمثلة إيضاحا للمميزات الكامنة وراء وجود نقطة تأثير القوة علي مسافة قريبة من المفصل هو انقباض العضلة الصدرية العظمي في حالة وجود الذراع جانبا فعلي الرغم من أن المدى الذي تتحرك فيه العضلة عند انقباضها في هذا الوضع لا يزيد عن 2سم إلا أن المدى الزاوي الذي يتحرك فيه الذراع يصل ألي 83 درجة فتتضاعف حركة الذراع وتزيد سرعة اليد حيث تندغم العضلة الصدرية العظمي في الحافة الخارجية لعظام العضد واقرب ما يمكن إلي مفصل الكتف ، وهذا المثال يوضح دور عمل هذه العضلة في الضربة الجانبية في التنس حيث تصل سرعة المضرب ألي 3,5 ضعف سرعة المرفق رغم تحرك الذراع ككل بسرعة زاوية واحدة.
أما إذا تغير الحال فأصبحت القوة العضلية قوى مقاومة للحركة التي تسببها الجاذبية الأرضية أو أي قوة خارجية كقوى محركة فان متغيرات الرافعة سوف تختلف وتصبح من النوع الثاني الذي تنحصر فيه المقاومة بين القوة ومحور الدوران وهذا النوع يتميز بتوافر الدقة علي حساب السرعة.
وهنا نود الإشارة ألي أن توظيف القوى الناتجة عن العمل العضلي لا يكون في كل الحركات علي أساس أنها قوى محركة فقد تكون في حالات كثيرة قوى مقاومة للحركة التي تسببها قوى خارجية هذا بالإضافة ألي انه خلال لحظات الأداء المتناهية في الدقة قد يتغير نوع الرافعة بين النوعين الثالث والثاني وفقا للأوضاع التي يتخذها الجسم ومتطلبات كل وضع وسوف نتناول نموذج يوضح ذلك حركة مفصل المرفق في الرفع أو الوضع:
الاحتمال الأول: عندما تعمل العضلات كقوة محركة لرفع الثقل فهي في هذه الحالة تعمل كرافعة من النوع الثالث تقع فيها القوة بين المقاومة ومحور الدوران ويكون ذراع القوة هنا اقل بكثير من ذراع المقاومة
الاحتمال الثاني: عندما تعمل العضلات كقوة مقاومة لحركة الثقل عند وضعه علي المنضدة فان القوة المحركة في هذه الحالة تكون وزن الساعد مضافا إليه وزن الثقل وبالتالي تصبح الرافعة من النوع الثاني الذي يطول فيه ذراع القوة عن ذراع المقاومة.
وهذا يعني أن تحديد رافعة في الجسم البشري تحكمه عدة اعتبارات غير الاعتبارات التقليدية في تصنيف الروافع فاعتبار القوة العضلية قوة محركة أو قوة مقاومة للحركة هو أحد أهم هذه الاعتبارات وبالتالي فهو عامل حاسم في تحديد الرافعة
ونظرا ألي انه يصعب تناول العمل العضلي تفصيلا بين كونه قوة محركة أو قوة مقاومة للحركة أثناء الاداءات الرياضية وقد اتضح ذلك في المثال السابق فانه يمكن القول أن تناوب عمل لعضلات بين أشكال الانقباض المعروفة (ثابت –متحرك)وتبادل العمل بين المجموعات العضلية المشاركة في أي أداء إنما يتم وفق استراتيجية محددة يحكمها جهاز للتحكم غاية في التعقيد هو المخ والجهاز العصبي وأجهزتهم المعاونة
التثبيت والتدوير في القوة العضلية :
تعمل العضلات بصفة عامة عند انقباضها على تحريك المفاصل وللانقباض العضلي ناتد قوة يتحول إلى عزم دوران للعظام المتحركة بحم تواجدها في حالة تمفصل مع عظام أخرى حيث يمثل محور المفصل محورا لدوران الطرف المتحرك، وهنا يكون ناتج الانقباض العضلي عبارة عن عزم حيث أن نقطة تأثير القوة بعيدة عن المحور ويحددها بعد اندغام العضلة عن المحور.
ومن هذا المنطلق فان العزم الذي تؤثر به القوة العضلية على العظام يسبب مظهرين حركيين أساسيين أحدهما يتمثل في الطرف دوران المتحرك في حين يتمثل الثاني في شد العظام المتحركة في الاتجاه المفصلي ويسمى المظهر الأول بمركبة التدوير أو التحريك كما يسمى المظهر الثاني بمركبة التثبيت.
وبناء على مفهوم العزم، فان البعد العمودي( d┴) بين خط تأثير القوة ومحور المفصل يمثل ذراع العزم الذي تؤثر به هذه القوة في تحريك العظام.
ومع تغيير زاوية المفصل نتيجة لحركته تحت تأثير الانقباض العضلي يتغير اتجاه الشد وبالتالي يتغير مقدار العزم تغير زاوية الشد بتغير حركة الطرف وبالتالي تتغير قيم كل من مركبة التدوير ومركبة التثبيت.
في كل حالة من حالات زاوية المفصل تتغير مقادير مركبات كل من محور التثبيت بتغير زاوية شد العضلة وهى الزاوية المحصورة بين المحور وعظام الطرف المتحرك واتجاه شد العضلة هو الخط الواصل من الطرف إلي المنشأ.
ويعد البعد بين نقط اتصال العضلات بالعظام مقادير مركبتي التحريك و التثبيت. فإذا ما كانت العضلات تتصل بالعظام على مسافات فان ذلك يعنى أن نسبة عزم التدوير تكون اكبر حيث انه يمكن تحول العضلة إلى مركبتين متعامدتين عند نقطة اتصال العضلة بمركز المركبة العمودية مركبة التدوير في حين تمثل المركبة الأفقية التثبيت وبناء على ذلك فبعد اتصال العضلات بالعظام عن محور يؤدى إلى زيادة قيمة هذه المركبة.
وعندما تصل زاوية الشد العضلي(90°)تكون كالقوة الناتجة عن الانقباض العضلي في اتجاه مركبة التحريك حيث أن الشد العمودي لا يحلل إلى مركبات، واختلاف الزاوية بالزيادة أو النقص يعنى إعادة توزيع الشد إلى مركبات راسية وأفقية وتتساوى مقادير كل من المركبتين عندما تصل زاوية الشد العضلي إلى (45º).(135º) وباعتبار أن المدى الكامل لأي مفصل هو(180º) فانه يمكن إيضاح توزيع ناتج القوة العضلية على كل من مركبتي التدوير و التثبيت
مما سبق أن افضل مراحل التغلب على المقاومات الكبيرة لتحريكها ومنها وزن الجسم في العديد من المهارات الرياضية، هي المرحلة التي تقترب فيها زاوية الشد العضلي ألي 90 درجة، ففي حالة أداء تمرين أثقال يستخدم فيه الحد الأقصى يلاحظ تسارع الثقل في حركته في المدى الزاوي القريب من(90º) هذا بالإضافة ألي عوامل أخري لا يتسع المجال إلى ذكرها..
وعادة ما ينظر ألي زاوية الشد العضلي على أنها زاوية المفصل إلا أن هذه النظرية ليست قاعدة على كل عضلات الجسم فقط تكون زاوية المفصل(120)مثلا وتصل عندها زاوية الشد ألي(90º) عندما تكون زاوية مفصل الركبة بين(80º ـ70º)في حالة عمل العضلات الخلفية لقبض الركبة.
ومثل هذه التحديد للعضلات العاملة على مفاصل الجسم المختلفة يحتاج ألي المزيد من الدراسات ..وتبدو ظاهرة أماكن اتصال العضلات بالعظام ألي درجة عالية من الأهمية في تحديد أنماط أجسام الرياضيين ذوى المستويات العالية،فبدراسة الشكل الظاهري يلاحظ أن العدائيين ولاعبي الوثب العالي والطويل و القفظ بالزانة يتميزون بأماكن اتصال للعضلات بعيدة نسبيا عن لاعبي المصارعة ورفع الأثقال و الجودو حيث تتطلب مهارات لاعبي المجموعة الأولى قدر من السرعة في الأداء وبالتالي مركبات تحريك اكبر في حين يتميز لاعبي المجموعة الثانية باتصال عضلاتهم على مسافات قريبة نسبيا لحاجتهم ألي مركبات تثبيت اكبر من مركبات التحريك.
وبمتابعة توزيع العضلات على جسم الإنسان فأننا سوف نلاحظ أن معظم العضلات تأتى على شكل طبقات سواء على شكل كامل أو جزئي وان الحكمة من توزيعها على هذا النحو هي ضمان تميز الجهاز الهيكلي بأعداد هائلة من الاحتمالات الحركية التي غالبا ما يشارك في كل احتمال فيها عدد كبير من العضلات و أن دور العضلات الموجودة في الطبقات الغائرة غالبا ما يتدخل في المشاركة بقدر كبير من تثبيت المفصل المتحركة حيث تأتى أماكن اتصالات هذه العضلات بالعظام اقرب ما يكون ألي محاور المفاصل بمقارنتها بالعضلات الموجودة في الطبقات السطحية.
تعتمد عملية التحليل عمل العضلات المشاركة في نوع عمل واحد كالمجموعة المسئولة عن قبض مفصل المرفق على تحديد طول ذراع كل عضلة من هذه العضلات ويوضح الشكل السابق أن مركبات التدوير(التحريك) في كل من ذات الرأسين العضدية والعضلية العضدية تكون اكبر كثيرا من العضلة العضدية الكعبرية فزاوية شد الأخيرة تعتبر قليلة نسبيا بمقارنتها بباقي العضلات بل وان أقصى زاوية شد لهذه العضلة لا تزيد عن(45º) وبالتالي فان عملها على تثبيت المفصل يكون عملا أساسيا .
أما بالنسبة العضلة العضدية فان زاوية شدها تكون اقل من العضلة ذات الرأسين ألا أن كلا العضلتين تحققان زاوية شد مقدارها(90º) لذا فان مركبات التدوير لهاتين العضلتين تصل إلى (100%) من القوة العضلية الكلية لقبض الساعد على العضد ولاختلاف زاوية العضلتين السابقتين فانه يلاحظ أن العضلة ذات الرأسين تصل إلى زاوية شد قبل(90º) مثل العضلة العضدية وبالتالي فان دورها في التحريك يكون أساسي ويتبعها العضلة العضدية في استكمال التدوير
برجاء ذكر المصدر حتى تعم الفائدة :المكتبة الرياضية الشاملة : الروافع
علم الحركة, القوة, العضلة, العضلات, زاوية, العضلية, العضلي, المقاومة, النوع, الرافعة, تأثير, المفصل, العضدية, التدوير, الروافع, الجسم, الدوران, التثبيت, مركبات, الطرف, المحور
الحد الأدنى لطول التعليق هو 255 حرفا. التعليقات خاضعة للإشراف
المقالات التي قد تهمك أيضا:
بعض القوانين الميكانيكا المفسرة لحركة الجسم
بعض القوانين الميكانيكا المفسرة لحركة الجسم كمية الحركة الخطية:- تتسبب القوة في تأثيرها على أي كتلة حركة لهذه الكتلة لها سرعة معينة أو أنها قد تغير من سرعة هذه الكتلة إذا كانت في حالة حركة ويمكن أن
محور البعد الثالث (المحور الثالث) في تحليل حركات المجال الرياضي
محور البعد الثالث (المحور الثالث) في تحليل حركات المجال الرياضي تحميل المحاضرة
العتلات او الروافع
العتلات او الروافع تحميل المحاضرة
نيوتن وقوانينه في الحركة
نيوتن وقوانينه في الحركة إسحق نيوتن من أبرز علماء الرياضيات والفيزياء ، وأحد رموز الثورة الصناعية في أوربا ، عاش في القرن السابع عشر الميلادي وأفاض على البشرية علوماً وإختراعات لا تزال نافذة ومسلمٌ