بعض القوانين الميكانيكا المفسرة لحركة الجسم

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 نسمى ما يحدث في هذه الحالة بمقدار الحركة، الذي يتمثل في ناتج ضرب كل من الكتلة في السرعة ، ومقدار الحركة قابل للتغير تحت أي قوة مضافة سواء بالزيادة أو النقص وهو يعبر عن كمية الحركة والتي يرمز لها بالرمز (M) ويمكن حسبها عن طريق

وبناء علي ذلك فانه عندما تؤثر أي قوة علي جسم ما وتغير من سرعته فأنها بذلك تعمل علي تغير كمية حركته وكلما زاد مقدار القوة وزمن تأثيرها زادت كمية حركة الجسم0

ومن الممكن أن يحدث تغيير في كمية الحركة بمعدلات سريعة ولكن يتطلب ذلك قوي عالية القيمة وسريعة التأثير كما هو الحال في تسارع جسم العداء في بدايات السباق0

إن المعدل السريع في تغير كمية حركة الحسم يقودنا ألي مفهوم جديد يعرف بالدفع حيث الدفع ما هو إلا قوة كبيرة لزمن محدود تؤثر في تغيير كمية حركة الجسم تغييرا كبيرا0فالتغير في كمية حركة الجسم تحت تأثير قوة كبيرة لزمن محدود يعني الفرق بين كميتي الحركة قبل وبعد حدوث تأثير القوة وهذا يعني أن زمن التأثير هنا يلعب دورا جوهريا، فقوة قليلة تؤثر لفترة زمنية طويلة قد تؤدي ألي نفس النتيجة في حالة إذا كانت القوة كبيرة وتؤثر لفترة زمنية قليلة لذا فانه يمكن صياغة قانون العجلة لنيوتن بالشكل الذي يوضح التغيير في كمية حركة الجسم علي النحو التالي:

حيث(F) هي القوة ،(t) هي زمن تأثيرها ،(m2) هي كمية الحركة النهائية، (m1) هي كمية الحركة الابتدائية ،(∆) هي معدل التغير0

يقاوم أي جسم الحركة بفعل خاصيته القصورية التي تمثل الكتلة في الحركة الخطية وقصور الدوران في الحركة ألد ورانية فالجسم يقاوم التغير في حالته سواء كانت خطية أو دورا نية وبمجرد أن يتحرك الجسم حركة ورانية فانه يكتسب كمية حركة زاوية وقيمة هذه الحركة ألد ورانية عبارة عن قصوره الدوراني مضروبا في سرعته ألد ورانية أو الزاوية 0ويستخدم مصطلح عزم القصور الذاتي في التعبير عن الخاصية القصورية المقاومة لحركة الجسم في مسار دائري ويستخدم القانون التالي في إيضاح ذلك حيث L=Iω=mk2.ω

حيث (L) هي كمية الحركة ألد ورانية،(m) هي كتلة الجسم،(K) هي نصف قطر القصور،(I) هي قيمة ثابتة تعبر عن قصور الدوران ولها جداولها الخاصة، (ω)هي السرعة الزاوية0

وتمثل كمية الحركة الزاوية لأجزاء الجسم المختلفة الدور الأساسي في جميع الاداءات الرياضية وتتأثر الخاصية القصورية ألد ورانية للجسم البشرى بتغيير الأوضاع التي يتخذها أثناء الدوران سواء كان هذا الدوران حرا في الهواء أو حول محور ثابت، بمعنى أن قيمة هذا القصور أو المقاومة الطبيعية للدوران تصل إلى أدنى حد عندما يكون الجسم في حالة تكور أي اقتراب الأجزاء من المحور الرئيسي للجسم كما تصل إلى أعلى حدودها في حالة الامتداد الكامل.

فيمكن ملاحظ سهولة الدوران والجسم في حالة تكور عنه والجسم في حالة امتداد بل وان مقاومة الجسم للدوران في حالة دوران الجسم وهو مستقيم تصل إلى أربعة أضعاف مقاومته للدوران وهو في حالة التكور.

وعلى نفس النمط الذي نتعامل به مع الجسم في الحركة الخطية فان دوران الجسم في الهواء تحكمه كمية الحركة الزاوية التي انطلق بها فهذه القيمة لا تتغير منذ لحظة الانطلاق وحتى الهبوط إلا انه يمكن استغلال الارتباط القوى بين كل من سرعة الدوران (ω) وعزم القصور الذاتي (I) في تشكيل الأوضاع والسر عات التي تتطلبها الاداءات الرياضية..

بمعنى أن تقليل قيمة عزم القصور الذاتي إراديا يؤدى إلى زيادة السرعة الزاوية أو سرعة الدوران، فلكي يحقق لاعب الجمباز أو الغطس أعلى سرعة دورا نية ممكنة فانه يقوم بعمل تكور أي بمعنى تقريب أجزاء جسمه من المحور المراد الدوران حوله، في حين يعمل على مد جسمه في الأعداد للهبوط للتقليل من سرعة الدوران وتحقيق الهبوط المناسب.

وبنفس الأسلوب الذي اتبعناه في حساب الدفع في الحركة الخطية وهو يعادل التغير في كمية الحركة فانه يمكن حساب ما يسمى بدفع الدوران أو الدفع الزاوي الذي يرتبط بمعدل تغير كمية الحركة ألدورانية فدفع الدوران يساوى(Iω1 ـ (Iω2

حيث(Iω1) وهى كمية الحركة ألد ورانية قبل تأثير دفع الدوران،( Iω2) هي كمية الحركة ألد ورانية بعد تأثير دفع الدوران، ودفع الدوران لا يتحقق إلا إذا تأثر الجسم بعزوم دوراني، أي بمعنى تأثير الجسم بمجموعة من القوى لايمر خط عملها بمركز ثقله.

يؤدى تأثير أي قوة خارجية على أي جسم أو نظام ميكانيكي حر إلى حركة هذا النظام حركة خطية. إما إذا كان هذا الجسم أو النظام مقيدا من أحد أطرافه، فان القوة المؤثرة فيه سوف تؤدى إلى دورانه حول نقطة تثبيته وهى تسمى بمحور الدوران، وذلك بشرط لا يمر خط تأثير القوة بنقطة التثبيت، أي بمعنى أن تؤثر القوة في نقطة تبعد عن محور الدوران ويوضح ذلك في الحياة العامة حركة فتح باب أو شباك حيث تعتبر المفصلة محور لدوران الباب تحت تأثير قوة الفتح التي تؤثر بخط عمل يمر بالإكراه.

وتسمى هذه القوة في هذه الحالة بالقوة اللامركزية ويسمى تأثيرها الدوراني بالعزم ((torque وتسمى المسافة العمودية بين محور التثبيت أو الدوران وخط عمل القوة بذراع العزم أو ذراع القوة ويرمز لها الرمز (┴ d) ومع زيادة المسافة يزيد مقدار العزم لنفس القوة.

تستخدم نفس خصائص القوة المشار إليها سلفا(المقدارـ الاتجاه ـ خط العمل ـ نقطة التأثير) في تناول العزم كصورة تطبيقية للقوة حيث يعنى المقدار القوة في ذراع العزمFd1)) والاتجاه أما في اتجاه عقارب الساعة عكسها.

ونود الإشادة هنا إلى أن الانقباض العضلي يعمل على المفاصل بعزم وناتج هذا العزم هو دوران للطرف الذي تعمل عليهاالعضلة ناتج العزم على المفصل .

فان العزم لقوتين متساويتين في المقدار مع اختلاف اتجاه الشد قيمة كل منها20نيوتين وذراع عزم القوة الأولى(7.5سم) في حين ذراع عزم القوة الثانية(5سم) يكون عزم القوة الأولى((F1d┴1هو(150نيوتين.سم)عزم القوة الثانية(F2d┴2)هو(100نيوتين.سـم)

ويجب ملاحظة كلما قلت المسافة العمودية(d┴) قل مقدار العزم حتى إذا وصلت هذه المسافة إلى الصفر كان مقدار عزم القوة (صفر) حيث أن هذه القوة لن تؤثر بعزم ولكنها سوف تؤثر بمقدارها المباشر في المحور.