مكانيك مقدماتي

تمام حركات و تغييرات در آنها از طريق نيروها انجام مي شوند. ايجاد تغيير در نيروي موثر بر روي يك جسم براي حركت دادن آن جسم از وضعيت ساكن يا براي تغيير سرعت و يا جهت حركت آن جسم ، لازم و ضروري است. ميزان تغيير در سرعت و يا جهت حركت يك جسم كه در اثر عمل يك نيرو ايجاد مي شود، به بزرگي (اندازه) و جهت آن نيرو بستگي دارد. ارتباط مستقيم و كاملي بين تغيير يك نيرو و تغيير در حركت وجود دارد ، كه نيوتن اين ارتباط را در سنجش بنام قوانين حركتي سه گانه نيوتن توضيح داده است. حركت در بدن انسان بوسيله دستگاه عضلاني- اسكلتي و تحت نظارت و كنترل سيستم عصبي انجام مي شود. براي درك ارتباط بين نقش و ساختار دستگاه عضلاني- اسكلتي، آگاهي از قوانين حركتي نيوتول و ديگر مفاهيم اساس مكانيك بخصوص سينماتيك و سينتيك ضروري است.

مكانيك (Mechanics) علمي است كه نيروهاي موثر بر روي اجسام مختلف و اثراتي كه اين نيروها بر روي حركت، اندازه شكل، و ساختمان اين اجسام دارند را مورد مطالعه قرار مي دهد. بيومكانيك (Biomechanics) به مطالعه و بررسي نيروهاي داخلي و خارجي موثر بر روي بدن انسان و اثراتي كه اين نيروها بر روي حركت، اندازه شكل و ساختار بدن انسان دارند، مي پردازد. مثلا هنگام ضربه زدن به يك توپ، عضلات بدن شما براي تنظيم و كنترل حركت در مفاصل، كشش روي استخوانهاي پا ايجاد كرده، طوري كه شما مي توانيد در وضعيت سر پا باقي بمانيد و پاي ضربه زننده ، خود را به سمت توپ تاب دهيد.

علم مكانيك به دو شاخه تقسيم مي شود: سينماتيك (Kinematics) و سينتيك (kinetics).

سينماتيك (توصيف حركت): شاخه اي از علم مكانيك است كه حركت اجسام را توصيف كرده به علت و چگونگي پيدايش آنها سروكار ندارد. مثلا در يك حركت فاصله اي كه توپ طي مي كند (مسافت)، سرعتي كه يك توپ بخود مي گيرد و يا يكنواختي و يا تغيير حركت توپ (شتاب)، در حيطه سينماتيك بررسي مي شوند.

سينتيك (جنبش شتابي حركت): شاخه اي ديگر از علم مكانيك كه نيروهاي موثر بر روي اجسام را توصيف مي كند بعبارت ديگر ، يك تجزيه و تحليل سينيكي، علت سينماتيكي حركت انجام شده را توصيف مي كند. مثلا تجزيه و تحليل سينتيكي حركت ضربه زدن به يك توپ، نيروهاي وارده بر عضلات و مفاصل را در خلال عمل ضربه زدن و نيروهاي اعمال شده بين پاها و توپ توصيف مي كند. سينماتيك با مسير و جهتي كه يك جسم حركت مي كند را توصيف كرده در صورتي كه سينتيك نيروهاي موثر بر روي آن جسم را توصيف مي كند.

حركت نسبي: حركت را عمل يا روند تغيير حالت يا تغيير محل نسبت به نقطه مورد نظر تعريف مي شود. مثلا شخصي كه در اتومبيل در حال حركت نشسته، شب به اتومبيل در حالت سكون ولي نسبت به اشياء بيرون از اتومبيل در حال حركت است كه البته حركت نسبي دو شيي در حال حركت به سرعت نسبي ايشان بستگي دارد. نكته: در برخي منابع به سينماتيك ، كينماتيك و بجاي سيتميك، از واژه كيتميك استفاده مي شود.

علت حركت: عالي كه باعث ايجاد حركت به اشياء و اجسام مثل ضربه به توپ باراك يا پا يا دست و حركت توپ مي شود. كه به اين عامل نيرو (force) شي غلبه كند، اگر مقدار اين نيرو كمتر از مقاومت شي باشد. حركتي بوجود نمي آيد مثل موقعي كه با دست به ديوار محكم فشار مي آوريم ولي اگر ميران نيروي بيشتر از مقاومت شي باشد باعث حركت آن مي شود.

البته در مورد سينتيك و قوانين حاكم بر آن در قسمت نيرو بحث مي شود.

انواع حركت

بطور كلي دو نوع حركت موسوم به حركت خطي يا انتقالي (Translation) و حركت زاويه اي يا چرخش يا دوراي (Angular or Rotation) وجود دارند.

حركت خطي: زماني كه در يك حركت تمام بخشها و اجزاء يك جسم يا يك شخص، مسافت يكساني را در جهت يكسال و در زمان يكساني طي كنند و حركت خطي است. هرگاه در طي مسافت خط رسم ثابت ماند. و همواره موازي با وضعيت اوليه آن باشد حركت از نوع انتقالي است. حركت خطي نيز خود بر دو نوع است:

1) حركت انتقالي مستقيم الخط (Retilinear): زماني كه مسير حركت بصورت يك خط راست و مستقيم باشد. مانند: زماني كه يك اسكي باز روي يخ سر مي خورد.

2) حركت انتقالي منحني الخط (Curvilinear): زماني كه مسير حركت بصورت يك خط منحني باشد. مانند: حركت انجام شده بوسيله پرش كننده طول در خلال بخش مياني مرحله پرواز در برش طول يا شيرجه چتر باز در فضا در حين سقوط آزاد.

در برخي حركات اگرچه اول در آخر حركت ممكن است تداعي كننده حركت انتقالي باشد ، ليكن حالتهايي در حين مسير ممكن است رخ بدهد كه حاكي از حركت انتقالي نباشد. مثلا ناهموار بودن مسير يك اسكي باز (روي چمن يا برف)، كه مفاصل و زواياي بدن حين مسير يكسان نيست.

حركت دوراني (زاويه اي): موقعي رخ مي دهد كه يك جسم يا بخشي از يك جسم در امتداد يك مسير دايره اي ، حول خطي در فضا موسوم به محور چرخش (Axis of Rotation) حركت مي كند ، بطوري كه تمام اجزاء و بخشهاي آن جسم در سراسر دامنه حركتي، زاويه يكساني را در جهت يكسان و در زمان يكسان طي مي كند. محور چرخش ممكن است ثابت باشد و يا ممكن است حركت مستقيم الخط يا منحني الخط را انجام دهد. مثلا: زماني كه يك فرد مفصل شانه خود را ثابت نگه داشته و مفصل آرنج را خم مي كند، ساعد او حول يك محور كم و بيش ثابت در وسط مفصل آرنج مي چرخد. يا هنگام پارو زدن ، استخوانهاي ران حول محوري در وسط مفاصل ران مي چرخند و استخوانهاي ساق پا (استخوانهاي درشت ني و نازك ني) حول محوري در وسط زانو مي چرخند. در خلال انجام مرحله فشار پا به طرف جلو و مرحله برگشت پا به وضعيت اوليه محور مفصل ران ، حركت مستقيم الخط و محور مفصل زانو حركت منحني الخط را به نمايش مي گذارد. يا ژيمناستي كه در حال انجام حركت دوراني به دور ميله بارفيكس نمونه هايي از حركت دوراني هستند.

عموما بيشتر حركات و فنون ورزشي از نوع دوراني هستند، اما اكثر حركات ورزش از نوع حركات علم يا عمومي يا تركيب (Genera(motion)) است كه تركيبي از حركتهاي انتقالي و دوراني مي باشند و بيشتر حركات بدن انسان مستلزم تركيبي از حركات انتقالي و دوراني هستند. مثلا، هنگام دوچرخه سواري ، تنه و دستها حركت كم و بيش مستقيم الخط پيوسته اي را بوسيله حركت دوراني پاها (ركاب زدن روي دوچرخه) به نمايش مي گذارند.

لذا از اين جهت مي توان حركات را از نظر سينماتيك خطي و زاويه اي و همچنين سينتيك خطي و زاويه اي بررسي كرد، كه در بخشهاي بعدي به آن اشاره خواهد شد