خصائص و مؤشرات القوة الميكانيكية

1. تمهيد

من المعروف ان حركة الجسم يمكن ان تحدث بفعل تحت (تأثير القوى) المحركة المطبقة عليه او بدون هذه القوى المحركة (بالقصور الذاتي)،  و تحدث الحركة عندما تكون القوة المعيقة هي القوة المطبقة و بتأثير متبادل مع القوة المحركة فلا يمكن ان تحدث او توجد حركة بدون هذا التأثير المتبادل بين القوى المعيقة والمحركة .

فالتغير في الحركة يحدث من خلال تأثير هذه القوى، و في ذلك تنحصر فكرة الجزء الثاني من القانون الاول لنيوتن عن تغير الحركة و تحت تأثير القوى المطبقة ، و بكلمات اخرى يمكن القول ان القوة ليست سبب الحركة و لكنها سبب التغير في الحركة و ان خصائص و مؤشرات القوى تكشف عن العلاقة بين تأثير القوى و التغير في الحركة .

في بعض الحركات تحدث الحركة بسبب تأثير قوة الجذب الارضية المعيقة و يمكن استغلال هذه القوة في تطبيقات بعض التدريبات التي تهدف الى تطوير قوة القفز دفع القوة و التي تعد قوى محركة للجسم بكل انواعها باستخدام كتلة الجسم مثل حركات القفز من و الى الصناديق او حركات القفز على الارض الحجل او الركض على شكل و ثبات او القفز على الحواجز مختلفة الارتفاعات حيث ان تطبيق هذه التدريبات يعني استغلال قوة الجاذبية كقوة معيقة لتطوير القوة العضلية التي تواجه هذه القوة المعيقة بالتالي فان العضلات المسؤولة عن هذه المواجهة هي عضلات الرجلين بشكل اساسي و هي تمثل نسبة محددة من كتلة الجسم الكلية و هذا يعني تطور القوة النسبية لهذه العضلات المسؤولة عن احداث الحركة وتغيرها لجسم الانسان و من الممكن ان تؤثر هذه التدريبات على تطور النواحي الفيسيولوجية من خلال زمن الجهد التي تؤدي به هذه التدريبات من جهة اخرى فان تطور هذه القوة يمكن ان يسبب في تطور القوة المحركة العضلية و التي تعد السبب الحقيقي في تغير حركة الجسم كما في حركات الركض او القفز او السباحة........ الخ

2. القوة الميكانيكية و عزم القوة .

  القوة( F )هي مقياس التأثير الميكانيكي لجسم على جسم اخر، و هي تعين حسابيا كناتج حاصل ضرب كتلة الجسم (m)× تعجيله( a) المكتسب نتيجة هذه القوة  :

F=m.a

و قياس القوة مثلها في ذلك الكتلة يتأسس على القانون الثاني لنيوتن،  فالقوة المطبقة على جسم معين تسبب في اكسابه التعجيل، اما مصدر هذه القوة ذاتها فمن جسم اخر و التالي يكون تأثير( او تفاعل ) متبادل بين جسمين.

و في هذه الصورة (او الشكل)  يكون لدينا " فعل او تأثير"  الجسم الثاني على الجسم الاول "و رد فعل او تأثير"  مضاد للجسم الاول و مطبق على الجسم الثاني  .

و نظرا لان الفع و رد الفعل مطبقان على جسمين مختلفين و لا يمكن جمعهما كقوتين لذى يجري احلالهما بمحصلة .

و حيث ينص قانون نيوتن الثالث على" ان لكل فعل رد فعل مساوي له في المقدار ومضاد له في الاتجاه"  لذا يكون تأثير جسمين كل منهما على الاخر دائما مساو و مضاد في الاتجاه.

الشكل التالي يوضح قوانين نيوتن الثلاث في القوة حيث يتضح من خلال هذا الشكل ان الحركة تبنى على اساس القوة المسببة لها فإزاحة الجسم او جزء من الجسم يوصف على اساس المسافة او البعد و اتجاه هذه الازاحة،  والتي تظهر فيها اما على شكل حركة انتقالية او دورانية ( زاوية )او مركبة

3. دفع القوة وعزم القوة وعزم دفع القوة

     كما ذكرنا سابقا فان دفع القوة يعبر عن مقياس تأثير القوة على الجسم خلال الفترة الزمنية المعطاة (وذلك في الحركات الانتقالية) وعزم القوة يعني قياس القوة التي تبعد بمسافة عن محور دوران الجسم خلال فترة زمنية قصيرة )و ذلك في الحركات الزاوية(، و هو يعادل في الفترة الزمنية النهائية تكامل محدد للدفوع الاولية (الجزئية) للقوة او لعزوم القوة حيث تنحصر حدود التكامل بين لحظتي بداية و نهاية الفترة الزمنية لتأثير القوة او لعزمها .

و في لحظة تزامن تأثير عدة  قوى او عزومها  فان مجموع دفوعها يعادل دفع محصلتها او محصلة عزومها خلال نفس الزمن حيث يكون هناك دفع لأي قوة مطبقة حتى ولو لأجزاء صغيرة من الثانية ) مثلا لحظة الارتقاء في الوثب الطويل (.

دفع القوة الذات يعين مقدار التغير في السرعة اما القوة نفسها فهي مسببة للتعجيل فقط اعتبارها معدل التغير في السرعة

دفع القوة يعني) القوة في زمن تأثيرها(  و هي تتحدد العلاقة( ق×ن )

 (T.F) و هي لها علاقة مقدار التغير في الزخم و الذي يرتبط بكتلة الجسم و سرعته لحظة دفع القوة كما يلي:

القوة =الكتلة ×التعجيل........(1)

و لما كان التعجيل = التغير في السرعة في زمن معين ( التعجيل =س2 –س1  /ن)

اذن يمكن ان نكتب المعادلة (1) كما يلي :

القوة = الكتلة × س2  – س1  / ن

 اي ان القوة × الزمن (دفع القوة )=ك س 2 – ك س 1 ( تغير الزخم )

من المعادلة (1)عندما تكون السرعة الابتدائية صفرا كما في حالات الانطلاق من الثبات فان دفع القوة يساوي هنا :

دفع القوة =السرعة× الكتلة 

4. قوة الاحتكاك

      ونجد انه كلما كانت كميه الاحتكاك اكثر كلما كان الاتزان افضل والعكس صحيح ايضا فالأرض الملساء يصبح الفرد فوقها اقل قدره على التحكم في توازنه من الارض الخشنة ويتضح ذلك من عدم القدرة على التحكم في التوازن فوق الجليد او فوق ارضيه من الرخام يتطلب الامر بالمجهود اكبر حتى يحافظ الشخص على توازنه.

         قوه الاحتكاك هي القوة الناتجة عن مقاومة حركة السطح لجسم معين والمواجهة لسطح جسم اخر وتتجه هذه القوة دائما عكس اتجاه حركة الجسم الاول او الثاني اذا كان احد الجسمين ثابت.

ويلعب الاحتكاك دور مهما في انجاز مهارات جميع الالعاب الرياضية بشكل عام ليتحرك الجسم افقيا اثناء الركض والتزحلق ودحرجة الادوات افقيا (كالكرات مثلا )او تحرك الجسم عموديا (كالقفز في العاب القوى والجيمستيك والقفز بالألعاب الاخرى في الالعاب الاخرى لغرض تطبيقات بعض المهارات الهجومية والدفاعية) ومع ذلك فان الاتجاه الافقي له علاقه اكبر رد فعل قوه الاحتكاك الحقيقي للحركة امامنا وبدون قوة الاحتكاك الناتج عن اتصال اللاعب سواء بالقدمين او الذراعين مع سطح الارض او سطح اي جهاز لن تكون هناك حركة افقية ممكن

والاحتكاك يدخل كقوة اجبارية ضرورية ضمن مكونات المعادلات التي تفسر عددا كبيرا من الاداءات الحركية الرياضية سواء كانت هذه القوى عاملا معيقا او مساعدا فالعداء على سبيل المثال يحتاج الى درجه عالية من الاحتكاك بين حذاء الرجل وسطح مجال الضروري والمطلوب في حين ان لاعب الدراجات او التزحلق على الجليد يميل الى تقليل هذا الاحتكاك من خلال تقليل مساحة السطح المعرض للاحتكاك( في حاله اذا كانت الاطارات معبئة بشكل جيد بالهواء )حيث يكون زيادة مساحة سطح المعرض للاحتكاك عاملا في زياده الاحتكاك( اذا كانت الاطارات غير معبئة جيدا بالهواء )وهو في هذه الحالة معيقا للحركة

و يمكن تفسير قوه الاحتكاك التي تعيق انزلاق لاعب التزحلق مثلا عن طريق المعادلات التالية

قوة الاحتكاك= معامل الاحتكاك× القوه العمودية (الوزن)

   وترتبط قيمه معامل الاحتكاك بالنسبة بين القوى العمودية والأفقية فمثلا نقول ان معامل الاحتكاك 0.6 يعني ان القوه الافقية تشكل 60 % وتمثل القوى العمودية باقي النسبة وهي 40 %،حتى يمكن انزلاق الجسم، اي بمعنى انه لكي ينطلق الجسد فانه يجب ان تكون القوه الافقية 60 % من القوه العمودية (الوزن )، فمثلا اذا كان وزن اللاعب 800 نيوتن فان القوه الافقية اللازمة لانزلاقه 480 نيوتن وهي تعادل 60 % اما القوه العمودية فيجب ان تكون 320 نيوتن