أسس البايوميكانيك الرياضي والتحليل الحركي

أسس البايوميكانيك الرياضي والتحليل الحركي

مفهوم علم البايوميكانيك، أقسامه وفروعه :- 

يعد علم البايوميكانيك من العلوم الحديثة في مصطلحه وفقا للتطور الذي رافق الحياة البشرية، حيث ان التطور التكنولوجي اصبح يشكل جزءا كبيرا من حياة الافراد، ومن جانب آخر فهو قديما فقد عرفه العلماء في التاريخ القديم عند دراستهم لحركة الانسان وطبيعة هذه الحركة. 

يعني علم البايوميكانيك Biomechanics بدراسة حركة الكائن الحي وتطبيقات القوانين الميكانيكية التي تؤثر في هذه الحركة، وهو علم له علاقة بعلم الطب والهندسة والفيزياء، وهو علم تشخيصي تقويمي يبحث في تطبيقات قوانين الحركة على حركة الكائن الحي، ان المصطلح اللاتيني يتكون من مقطعين وكما هو مذكور في كل المصادر حيث ان المقطع الاول Bio ويعني حيوي والثاني Mechanics ويعني الميكانيكـــا او الآلة، والمفهوم العام لمصطلح البايوميكانيك يعني علم دراسة حركة الانسان بشكل عام وفي مفاهيم علوم الرياضة يعني علم دراسة الحركة الرياضية وكيفية الوصول الى تحقيق الانجاز العالي، ويبحث ايضا في التأثير المتبادل بين القوى الداخلية (قوى العضلات) والقوى الخرجية مثل قوة الجاذبية الارضية والاحتكاك ومقاومة المحيط (الهواء، الماء).

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، ولا يقتصر استخدام علم البايوميكانيك على المجال الرياضي فقط، بل يدخل في عدة مجالات اخرى كالطب والفضاء والهندسة.. وغيرها من العلوم التي يدخل البايوميكانيك كجزء مهم يتطلب من اصحاب هذه الاختصاصات الالمام بكثير من المعلومات عن خصائص الجسم البشري. 

البيوميكانيك هو احد اشكال الميكانيكا الاساسية ، اذ ياتي البيوميكانيك الرياضي من علم ميكانيكيا الاجسام اللينة غير المنتظمة 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. 

هناك عدة انواع من البايوميكانيك نذكر منها :- 

- البايوميكانيك الرياضي(ويهتم يتحليل الحركات الرياضية والعوامل التي تؤثر في تحديد  مساراتها وجودة الاداء الفني فضلاً عن العمل على تطوير الانجازالرياضي). 

- البايوميكانيك العلاجي (يهتم بتصميم التمارين العلاجية مع الفهم الكامل لكيفية استخامها في اعادة تأهيل المرضى من ذوي الاصابات المختلفة ومرضى الشلل وذوي الاحتياجات الخاصة). 

- بايوميكانيك الاطراف والمساند (يهتم بفهم الاحتياجات الخاصة لذوي البتور وكيفية تصميم الاطراف والمساند الخاصة بهم وبفعالية عالية تمكنهم من ممارسة حياتهم بشكل طبيعي). 

من الممكن ان نحدد أهمية دراســــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــة البايوميكانيك للمتخصص في علوم التربية الرياضية من خلال النقاط الآتيــــــــــــــــــــــــــــــــــــة:- 

- تساعد المتعلم على اتقان الحركة من خلال فهمه الكامل لتفاصيل الحركة. 

- ان فهم القوانين الميكانيكية والتشريحية تعطي الرياضي ذو المواصفات الفرصة المناسبة للوصول الى الانجاز العالي من خلال اتباع افضل الطرائق والاساليب التدريبية لتحقيقه. 

- أعطاء الفرصة للمدرب و المدرس للتعليم وفقاً للمبادئ الالعلمية الصحيحة مما يسهم الى تسريع التعلم. 

- أن الفهم الكامل للمبادئ الميكانيكية التي تحكم المسارات الحركية يساعد في تصميم التمارين وفقاً لخصائص المهارة وطبيعتها. 

- ان فهم المسارات الحركية الصحيحة و المتغيرات البايوميكانيكية المؤثرة في المهارة يسهم في تجنب الاصابات الرياضية خلال الاداء. 

- يوفر علم البايوميكانيك المعرفة العلمية والدقيقة لتصميم المناهج التدريبية بكل محتوياتها سيما من خلال التمارين المستخدمة وطرائق تنفيذها والشدد والاحجام المستخدمة. 

يقوم علم البايوميكانيك بدراسة الحركة من جانبين اساسيين وعلى اختلاف تقسيمات الحركة الهندسية والزمانية ، الجانب الاول هو الكينماتيك  Kinematicويعني الدراسة الوصفية للحركة، والجانب الثاني هو الكينتيك Kinetic  والذي يعني البحث في اسباب الحركة، وسوف نتطرق لشرحهما بالتفصيل. 

البايوميكانيك Biomechanics 

أسس البايوميكانيك الرياضي والتحليل الحركي

- الحركة الخطية 

- الحركة المنحنية 

- حركة لمقذوفات 

- قوى السحب 

- قوى الرفع 

- الدوران 

- الحركة الزاوية 

- المحاور والمستويات 

- القوى 

- مركز ثقل الجسم 

- قوانين نيوتن 

- الدفع(دفع القوة) 

- رد الفعل 

- كمية الحركة ( الزخم) 

- التعجـــــــــــــــــــــيل 

القوى

n     القوى الداخلية تنتج بوساطة العضلات الهيكيلة 

n     القوى الخارجية – الجاذبية الارضية- مقاومة الهواء-الاحتكاك..............الخ 

تعريف القوة من الناحية الميكانيكية

هي الفعل الميكانيكي الذي يغير من حالة الجسم الحركية  او الشكلية

القوة ممكن ان :- 

n     تكسب الجسم حركة 

n     توقف حركة الجسم 

n     تغير اتجاه حركة الجسم 

n     تقلل او تزيد من سرعة الجسم 

موازنة تأثير قوة اخرى لغرض ابقاء الجسم في حالة ثبات.

القوى الخارجية :

n     أكساب الجسم حركة 

n     إيقاف حركة الجسم 

n     تغيير أتجاه حركة الجسم 

n     تغيير سرعة الجسم 

n     موازنة تأثير قوة اخرى لغرض ابقاء الجسم في حالة ثبات 

n     الجاذبية 

n     الاحتكاك 

n     مقاومة الهواء 

n     قوة رد فعل الارض 

n     نقطة تأثير القوة 

n     الاتجــــــــــــــــاه 

n     محصلة القــــــــوة 

مجموع قوى مفاصل الجسم:

في جميع مفاصل الجسم في المهارات الرياضية 

n     استخدام المفاصل من الكبير الى الصغير يسهم في تسريع العمل الحركي 

استخدام المفاصل من الصغير الى الكبير يسهم في أبطاء الحركة.

قوة الجاذبية الارضية ككمية ثابتة:

n     أن دوران الارض حول نفسها ينتج قوة تدعى الجاذبية الارضية

n     قوة الجاذبية الارضية تنتج قوة على الاجسام تسمى الوزن 

n     الوزن هو عبارة عن حاصل ضرب الكتلة في التعجيل الارضي. 

n     قوة الجاذبية الارضية تسحب الاجسام بأتجاهها بتعجيل مقداره 9.8 م/ثا^2. 

مركز ثقل الجسم في جسم الانسان

n     في وضع الوقوف يقع مركز الثقل في منتصف البطن فوق نقطة السرة 

n     كلما يتغير وضع الجسم يحدث تغير في موضع تغير مركز ثقل الجسم 

n     موضع مركز ثقل الجسم يتحدد اذا كان الجسم في حالة توازن 

مركزثقل الجسم هو عبارة عن النقطة التي يكون وزن الجسم فيها متعادل في جميع الاتجاهات. 

مركز ثقل الجسم : الثبات والاتزان

الثبات والتوازن يكون افضل في الحالات الاتية:- 

n     كلما كانت الكتلة اكبر 

n     كلما كانت قاعدة الارتكاز اكبر 

n     كلما انخفض مركز ثقل الجسم 

n     مركز ثقل الجسم ستقر منتصف قاعدة الارتكاز 

  الوقوف على الرأس والوقوف عل اليدين 

مركز الجاذبية :

عندما تؤثر قوة الجاذبية الارضية في مركز ثقل الجسم مباشرة فأن الجسم يتحرك مباشرة باتجاه مركز الارض. 

الاجسام المتناظرة مثل الكرة والمكعبات يقع مركز ثقلها في وسطها بالضبط . 

الاجسام في الابعاد الثلاثية يقع مركز ثقلها في نقطة التقاء المحاورو المستويات الثلاث.

قانون نيوتن الاول Inertia

قانون نيوتن الاول ينص على ”يبقى الجسم في حالته من الحركة او السكون مالم تؤثر عليه قوة خارجية. 

القصور الذاتي يعني مقاومة الجسم لتغيير حالته الحركية. يبقى الجسم في حالة السكون الا اذا اثرت عليه قوة خارجية. 

الدفع عبارة عن القوة الموضوعة في وحدة الزمن بمعنى اخر مقدار القوة المؤثرة في فترة زمنية. يعتمد على : الزمن الذي تؤثر فيه القــــوة. 

مقدار القوة المؤثرة

حيث إن:

الدفع = القوة X الزمن 

الدفع= قx ن ويقاس بالنيوتن، ثانية 

قانون نيوتن الثاني Acceleration

نص القانون:

يتناسب تعجيل الجسم طرديا مع القوة المؤثرة فيه وتحدث الحركة بأتجاه القوة.

القوة = الكتلة X التعجيل

لما كان التعجيل = س/ ن

تكون القوة = الكتلة Xالسرعة/ الزمن 

قانون نيوتن الثالث-قانون رد الفعل Reaction

لكل فعل رد فعل يساويه بالمقدار ويعاكسه بالاتجاه. يفسر هذا القانون التأثير المتبادل بين القوة الداخلية والقوى الخارجية. مثال ذلك، القفز العمودي الى الاعلى يظهر رد الفعل على جسم الانسان وليس على الارض لكبر كتلة الارض مقارنة بجسم الانسان

الزخم(كمية الحركة) = الكتلة × السرعة

وهو عبارة عن حاصل ضرب كتلة الجسم في سرعته. الزخم= الكتلة Xالسرعة 

راكض كتلته 75 كغم يركض بسرعة 5م/ثا احسب كمية الحركة؟ = 375 كغم.م/ثا

الحركة الخطية:

هي الحركة التي ترسم فيها اجزاء الجسم خطوط متوازية اثناء انتقاله من مكان الى اخر .

مثال حركة الركض .

الحركة المنحنية:

حركة الجسم بشكل خط منحني على شكل قوس. الجسم عند عبور الزانة

حركة المقذوفات مثل طيران الجسم فوق المانع 

العوامل المؤثرة في حركة المقذوفات

مسار الاجسام المقذوفة يتحدد بـــ: 1.زاوية الانطلاق 2. قوة الانطلاق 3.ارتفاع نقطة الانطلاق:

قوة السحب : وهي القوة التي تعمل على اعاقة حركة الجسم في الماء او الهواء(مقاومة حركة الجسم). الرياضي يعمل على تقليل التأثير السلبي لهذه القوة من خلال اتباع تكنيك معين اثناء الاداء او ارتداء ملابس معينة واستخدام تجهيزات خاصة. 

قوى الرفع : قوى الرفع هي القوى التي تنتج بأتجاه عمودي الى الاعلى وبنفس اتجاه المحيط سواء اكان ماء او هواء .

انواع الدوران

دوران الجسم حول نفسه هو احد انواع الدوران وتعتمد كمية الدوران وشكله او سرعته على مقدار العزوم وخط عمل القوى على الجسم  ومقدار البعد عن محور الدوران..ومن انواعه    الدوران الجانبي والدوران الخلفي والدوران الامامي :

كيف يحدث الدوران :

يتعلم اللاعب كيفية السيطرة على كمية الدوران وسرعته أثناء الاداء المهاري.

رسم منحنى لأنواع مختلفة من الدوران الحادث أثناء الادء. 

 الحركة الدائرية الزاوية :

أن الحركات الرياضية في معظمها هي حركات دائرية او مركبة. 

وحتى في حالة الركض السريع فأن حركة المفاصل هي حركات زاوية سريعة..

حيث ان الرجلين والذراعين ومفاصلهما تتحرك بشكل دائري على محاور الجسم المختلفة. 

هناك ثلاث محاور حركية تحدث عليها الحركات جميعا. 

• الطولي 

• الافقي 

• العميق