مركز الثقل
| Site: | Plateforme pédagogique de l'Université Sétif2 |
| Cours: | الميكانيك الحيوية |
| Livre: | مركز الثقل |
| Imprimé par: | Visiteur anonyme |
| Date: | Friday 22 November 2024, 11:33 |
1. مفهوم مركز الثقل
مركز الثقل هو النقطة التي تقع عندها كتلة جسم ما في موضع معين بغرض فهم حركة هذا الكائن، فمركز ثقل جسم كروي منتظم هو النقطة التي يقع فيها مركز هذا الجسم، كما أن مركز ثقل قضيب منتظم ذي مقطع عرضي دائري هو النقطة التي تقع في مركز الجزء المقطعي العرضي من القضيب الذي يقع في منتصف القضيب طوليا. وفي بعض الأجسام ذات الشكل غير المنتظم، قد يقع مركز الثقل خارج الجسم.
2. تعريف مركز الثقل
3. طرق حساب مركز الثقل
4. تحديد مركز ثقل الجسم
مركز ثقل الأجسام المنتظمة :
الأجسام المنتظمة والمتجانسة هي تلك الأجسام المسطحة المعروفة الشكل الهندسي،كالمربعات و المستطيلات و المثلثات و الدوائر ... وتعتبر هذه الأجسام سهلة من حيث تحديد مركز ثقلها، فهو غالبا ما يقع في تقاطع محاورها . فمركز ثقل جسم كروي منتظم هو النقطة التي يقع فيها مركز هذا الجسم، كما أن مركز ثقل قضيب منتظم - اسطوانة - هو النقطة التي تقع في مركز الجزء المقطعي العرضي من القضيب الذي يقع في منتصف القضيب طوليا .
- أما إذا كان الجسم غير منتظم الشكل الهندسي وذو بعدين فقط، فان تحديد مركز ثقله يكون بتعليقه من أي نقطة منه، ثم رسم محور عمودي إلى الأرض عندما يثبت الجسم، ثم تعليقه مرة ثانية ورسم محور عمودي على الأرض ونقطة تلاقي المحورين أو تقاطعهما تكون هي مركز ثقله
نموذج " Winter " أهم النقط التشريحية والمقاييس الجسمية المعتمدة في حساب و تحديد موضع مركز الثقل.
5. علاقة الاتزان بمركز الثقل
الاتزان هي الدائرة التي يقف عليها جسم ما، فجسم الإنسان الواقف على قدميه قاعدة اتزانه هي الدائرة التي تحيط بالقدمين وتلامسهما، وكذا الحال بالنسبة للأجسام الأخرى كالبنايات والأبراج الشاهقة، فقاعدة اتزانها هي الدائرة التي ترتكز عليها .
وكلما كان مركز ثقل هذه الأجسام داخل هذه الدائرة فإنها تحافظ على اتزانها أما إذا انحرف مركز الثقل أو خرج عن هذه الدائرة فإنها تفقد توازنها أو تسقط إلى الأرض.
النقطة التي تقع عندها كتلة جسم ما في موضع معين بغرض فهم حركة هذا الكائن، فمركز ثقل جسم كروي منتظم هو النقطة التي يقع فيها مركز هذا الجسم.
كما أن مركز ثقل قضيب منتظم ذي مقطع عرضي دائري هو النقطة التي تقع في مركز الجزء المقطعي العرضي من القضيب الذي يقع في منتصف القضيب طوليا. وفي بعض الأجسام ذات الشكل غير المنتظم، قد يقع مركز الثقل خارج الجسم.
- كلما زادت قاعدة الاتزان زادت حالة الثبات.
- كلما انخفض مركز الثقل زاد الاتزان.
- طالما وقع مسقط مركز ثقل الجسم في قاعدة الارتكاز زاد الاتزان.
- كلما زادت كتلة الجسم زاد الاتزان.
- كلما كان الاحتكاك بين السطحين قوي زاد الاتزان.
- التركيز البصري يساعد في الاتزان.
- العامل النفسي يؤثر على حالة الاتزان.
الاتزان Balance
الاتزان يعني ان محصلة القوى المؤثرة على الجسم تساوي صفراً , وهذا يعني ان الجسم يكون ساكناً عندما تكون محصلة القوى التي تؤثر علية تساوي صفراً , كما يحدث عند لاعبي الجمباز عند أداء بعض حالات الاتزان الثابت . فضلا عن ذلك فأن مفهوم الاتزان للأجسام لا يقتصر أثناء السكون فقط بل قد يكون الجسم في حالة حركة متزنة حيث ان المقصود ان تكون الحركة بسرعة انتقالية مستقيمة أو زاوية ثابتة , وهذا يمكن حدوثه عندما يكون مجموع القوى المؤثرة فيه ليتحرك حركة انتقالية وكذلك عزم القوى التي تؤثر فيه ليتحرك حركة زاوية تساوي صفراً , فالاتزان هنا يكون اتزانا متحركاً . ان تأثير قوة الجاذبية في حالة الاتزان للاعب تختلف من شخص إلى أخر وفقاً لطبيعة الحركة التي تؤديها , فالوقوف بشكل اعتيادي يعطي الشخص مقاومة اكبر للقوة الخارجية قياساً بالمتزحلق على الجليد الذي يفقد اتزانه وبالتالي سقوطه على الأرض , لذا فأن هناك علاقة بين الاتزان ودرجة المقومة عند تأثير قوة خارجية والتي يطلق عليها بدرجة الثبات.
الاتزان الثابت statice balance
ويعرفه NELSWON ET JHONSON بكونه القدرة البدنية التي تمكن الفرد من الاحتفاظ بوضع ساكن أي عندما يكون مركز ثقل الجسم نقطة الاستناد يتحرك الجسم باتجاه تأثير القوة , ولكن الجسم لا يلبث ان يعود إلى وضعه الأصلي فلاعب العقلة عندما يكون مركز ثقله أسفل العقلة وعند التأثير عليه بقوة سواء داخلية آو خارجية بأي اتجاه فلا يلبث ان يعود إلى وضعه بعد استنفاذ القوة المحركة له مثل الحركة البندولية على العقلة.
الاتزان المتعادل
يحدث التوازن المتعادل عندما يمر محور الدوران بمركز ثقل الجسم فعند دوران الجسم على أي زاوية لا تتغير حالة اتزانه ويتسم وضع التوازن المتعادل بأن مركز الثقل يبقى في جميع أعضاء الجسم على ارتفاع ثابت من قاعدة الارتكاز ولا يوجد هذا النوع من التوازن عند الإنسان لأن مركز الثقل عند الإنسان متحرك وغير ثابت .
الاتزان الغير ثابت : Unstable Balance
يحدث التوازن الغير مستقر أو الغير ثابت عندما يمر محور الدوران عموديا تحت مركز ثقل الجسم، وهي الحالة التي يكون فيها مركز ثقل الجسم فوق حافة قاعدة الارتكاز ويتطلب احتفاظ الجسم باتزانه في هذا الوضع درجة عالية من العمل العضلي , ومن الأمثلة على ذلك الوقوف على اليدين فوق جهاز المتوازي أي ان القوى الخارجية تستطيع تغير حالة الجسم ليستمر بعدها في حركته وتغير حال اتزانه الأصلي أي ان القوى المؤثرة تأتي نتيجة لوزن الجسم المؤثر فيه ( فعل الجاذبية الأرضية ) ورد فعل السطح الذي يستند عليه اللاعب وللاعب القلة أثناء دورانه يصل إلى اعتلى قمته فيكون مركز ثقله فوق نقطة العقلة ( الاستناد ) فيكون قلقاً وتؤثر فيه القوى فيتغير وضعه وبالتالي يسقط مركز الثقل أسفل العقلة وفي لعبة المصارعة إخراج مركز ثقل المصارع الأخر ليجعله قلق اً يرفعه عن الأرض بسحي رجلي خصمه باليدين ويدفعه بقوة باستخدام الكتف بالاتجاه المعاكس.
التوازن:
لقد تناول العديد من العلماء تعريف التوازن فقد عرفوه بأنه القدرة على الاحتفاظ بثبات الجسم عند أداء أوضاع كما ان وضع الوقوف على قدم واحدة مثلا أو عند أداء حركات , كما في حركة المشي على عارضة مرتفعة مناطق التوازن في الجسم ، إلا أن معظم المصادر في هذا الجانب تتفق على عدة مناطق وأعضاء في الجسم يتوقف عليها مسؤولية الاحتفاظ بتوازن الفرد والتي تتمثل فيما يلي :
- القدمان : تمثل قاعدة اتزان الجسم وان أي إصابات بها يضعف من توازن الفرد .
- حاسة النظر: أثبتت البحوث انه من السهل ان يحتفظ الفرد إذا سلط نظره على أشياء ثابتة أكثر من تسليطها على أشياء متحركة.
النهايات العصبية والحاسة والأوتار الموجودة في نهاية العضلات
- الأذن الداخلية: وتتركب الأذن الداخلية من (القوقعة - الدهليز - القنوات النصف هلالية).
ويقول Bierhate Carle ( تقع حاسة التوازن في القنوات الشبه دائرية للأذن الداخلية وتنبه هذه الأعضاء الحسية بواسطة حركة الرأس كما أنها ضرورية في توازن الجسم في جميع حركاته . )
و ساعد الإلمام بالعوامل الميكانيكية والعلاقات التي تربطها في دراسة التوازن وخاصة في الأداءات التي يدخل فيها الاحتفاظ بالتوازن كشروط أساسية لنجاحها وهذه العوامل هي :
- وزن الجسم وكتلته.
- ارتفاع مركز ثقل الجسم.
- نصف قطر قصور دوران الجسم حول النقطة أو المحور الذي سوف يدور حوله أو يسقط.
- المسافة الأفقية لخط الثقل بالنسبة للمحور الذي يدور حوله الجسم ( مساحة قاعدة الارتكاز )
- قوى الاحتكاك.
- الدفع الزاوي الذي يعمل على إخلال الاتزان الدوراني.
- كمية الحركة الزاوية للجسم ككل ولأجزائه.
الثبات:
ان ثبات أي جسم هو مقدار قصوره الذاتي إزاء القوة الخارجية المؤثرة فالجسم المتزن يسقط نتيجة تأثير قوة مقدارها ( 50 ) نيوتن مثلا هو اقل ثباتا من الجسم الذي لا تمكن تلك القوة من التغلب على قصوره الذاتي لتوضيح العلاقة بشكل أدق بين اتزان ودرجة ثباته.
مركز ثقل العداء خلال لحظة الانطلاق في مسابقة السرعة