محاضرة 2 ماجستير بايوميكانيك

الحركة والحركة النسبية



• لايمكن معرفةان الجسم يتحرك مالم يتم مقارنة حركته مع جسم اخر ثابت نسبيا بالنسبة للجسم الاول
المسافة والازاحة


المسافة والازاحة
الإزاحــة : أقصر مسافة متجهة من نقطة بداية الحركة إلى نهايتها .
المسافة : المسار الكلي للحركة .






الإزاحــة : أقصر مسافة متجهة من نقطة بداية الحركة إلى نهايتها
الإزاحة = الموقع النهائي – الموقع الابتدائي



الكميات القياسية والكميات المتجهة
تقسم الكميات الفيزيائية إلى نوعين
1- الكميات العددية ( القياسية ) Scalar Quantities

وهذه الكميات يلزم لتعريفها مقدار عددي ( عدد حقيقي ، رقم ) ووحدة فيزيائية . ومن هذه الكميات :
الحجم , الكتلة , الزمن , الشغل والطاقة .

فمثلاً نقول : حجم الكرة = 200 سم3 , كتلة الكرة = 80 غم .

2- الكميات المتجهة Vector Quantities
وهي الكميات التى يلزم لتعريفها مقدار عددي (عدد حقيقي موجب) ووحدة فيزيائية واتجاه . ولا يتم تعريفها الا اذا اكتملت هذه العناصر .
ومن الامثلة على الكميات المتجهة : السرعة , القوة , التسارع و الإزاحة .

فمثلاً ، إذا قلنا تحركت سيارة بسرعة 60 كم/ ساعة فقط , فهذا لايتم المعنى , لأن تحركها قد يكون شمالاً أو جنوباً أو في أي اتجاه، وفي كل حالة تكون النتيجة مختلفه.

كل كمية فيزيائية متجهة يمكن تمثيلها بمتجه "vector"معين

2-4 أنواع الحركات :
أن الحركات التي يقوم بها الانسان تختلف من موقع لأخر ومن هدف لأخر ولدراسة هذا الجانب من الناحية العلمية أي وصف الحركات من حيث اشكالها الهندسية وكذلك من حيث توقيتها الزمني.
2-4-1- الحركات الهندسية :
• الحركة الانتقالية (المستقيمة) : Linear motion
• الحركة الدائرية Angular motion :
• الحركة المركبة (العامة) : General motion
• الحركة الانتقالية (المستقيمة) : Linear motion
يحدث هذا النوع من الحركة عندما ينتقل الجسم بكامل اجزائه من مكان لاخر بحيث ترسم الاجزاء المكونة لذلك الجسم مسارات متوازية مع بعضها في أي لحظة من لحظات حدوث الحركة وتقطع مسافات متساوية اثناء حدوثها , وقد تكون هذه المسارات متوازية مع بعضها بشكل افقي كما في حركة التزحلق على الجليد او بشكل منحني كما في الهبوط بالمظلات .
• الحركة الدائرية Angular motion :
تحدث هذه الحركة في معظم الفعاليات الرياضية والتي يشترط لحدوثها محور للدوران سواء كانت حركة جزء من الجسم او الجسم باكمله , وتكون مسارات حركة أجزاء الجسم عبارة عن دوائر تبعد بمقدار ثابت عن محور الدوران اثناء حركتها , وقد يكون المحور الذي يتم حوله الدوران داخل الجسم او خارجه , ففي حالة حركة جزء من الجسم حركة دورانية كما في ثني المرفق فانها تتم حول مفصل المرفق , او في حالة حركة الجسم باكمله حركة دائرية كما في الدحرجة الامامية ايضا ً , اما اذا كانت الحركة الدائرية للجسم باكمله كما في دوران لاعب الجمناستك حول العقلة.
• الحركة المركبة (العامة) : General motion
تتكون هذه الحركة من مزيج من الحركتين السابقتين , أي حركة انتقالية وحركة دائرية في الوقت نفسه فقد يدور الجسم باكمله حركة دائرية حول نفسه وفي الوقت نفسه ينتقل حركة انتقالية كما في حركة الغطس من فوق قفاز الماء , وقد تحدث هذه الحركة عندما يتحرك جزء من الجسم حركة دائرية الامر الذي يؤدي بانتقاله حركة انتقالية كما في حركة الركض حيث تكون حركة الاطراف السفلى والذراعين حركة دائرية مما يؤدي الى انتقال الجسم من مكان الى اخر او اثناء حركة ركوب الدراجة الهوائية , فحركة الارجل الدائرية تؤدي الى انتقال الراكب والدراجة الى الامام حركة انتقالية





4-2-2- الحركات الزمانية
• حركة منتظمة:
يقطع الجسم في هذا النوع من الحركات مسافات متساوية في ازمنة متساوية ، فمثلا يقطع عداء كل 10 امتار بزمن قدره 2 ثانية عندئذ تطلق على حركة العداء حركة منتظمة كما في الشكل (1) .







• حركة غير منتظمة:
يقطع الجسم في هذه الحركة مسافات غير متساوية في ازمنة متساوية فقد يقطع العداء مسافة 10 امتار في الثانية الاولى ومسافة 8 امتار في الثانية التي تليها ومسافة 12 متر في الثانية الثالثة فان حركة العداء حركة غير منتظمة نظرا ً لاختلاف سرعته من فترة لاخرى كما في الشكل (2) .

وقد صنف وجيه محجوب الحركة الى ثلاثة أقسام وعلى النحو الاتي
• الحركات الوحيدة : التي تتمتع بأقسام واضحة للحركة ابتداء من القسم التحضيري وأنهاء بالقسم الختامي .
• الحركات الثنائية : وهي الحركات التي يتكرر فيها الجزء الرئيسي حيث يكون الجزء الختامي هو جزء تحضيري للحركة القادمة ، ونلاحظ مثل هذه الحركات عند أستخدام الاطراف بشكل متبادل مثل السباحة وركوب الدراجات والركض .
• الحركات المركبة : وهي الحركات المتسلسلة ولكن يختلف فيها الجزء الرئيسي ، وأن أداء لاعب الجمناستك لسلسلة هو خير مثال لذلك .
ومن هنا فان المفهوم العام للحركة التي يؤديها جسم الانسان يعني أنتقاله من مكان الى أخر فقطع الراكض لمسافة معينة على سطح الارض أثناء الركض يتم ذلك من خلال حركة وعملية رفع الرجل الى الاعلى من وضع الوقوف وقطعها مسافة معينة هي حركة ، وبهذا أهتم الباحثون منذ مطلع القرن الحالي بدراسة حركة الانسان بشكل عام وأستنادا ً الى الاسس العامة لهذه الحركة وفق القوانين الطبيعية وبدأ المختصون في مجال التربية الرياضية دراسة انواع الحركة وأشكالها

الكينماتيك المستقيم
السرعة v velocity
هي كمية متجهة (تحتاج إلى مقدار واتجاه لتحديدها مثلا 5 م/ث شرقا) والتي تعني "المعدل الذي يتغير به وضع الجسم". أي أن حركة شخص بتكرار خطوة إلى الأمام و خطوة إلى الخلف- دائما العودة إلى نقطة البداية. وعلى الرغم من أن به الكثير من الحركة لكن سرعة الجسم تبقي صفر. ولاكتساب الشخص سرعة يجب تغيير إزاحته من الوضع الابتدائي (تغيير المسافة أو الاتجاه). السرعة هي معدل تغيير الإزاحة بالنسبة للزمن (التفاضل الأول للإزاحة بالنسبة للزمن).



مقدار السرعة speed v:
هو كمية قياسية (تحتاج إلى مقدار فقط لتحديدها- 5 م/ث) والتي تعني "مقدار السرعة التي يتحرك بها الجسم". ويمكن اعتبار أن مقدار السرعة هو معدل قطع الجسم للمسافة. الجسم المتحرك بسرعة عالية يعني إنه يقطع مسافة كبيرة في وقت قصير والعكس صحيح. والجسم الذي ليس له أي حركة يكون له مقدار سرعة يساوي صفر. مقدار السرعة هو معدل تغيير المسافة بالنسبة للزمن (التفاضل الأول للمسافة بالنسبة للزمن).
السرعة المتوسطة average speed:
السرعة المتوسطة لجسم في زمن معين هي المسافة المقطوعة distance traveled للجسم مقسومة على الفترة الزمنية duration of the interval. هي نسبة (المسافة المقطوعة/ الزمن الكلي).

السرعة اللحظية instantaneous velocity:
السرعة اللحظية هي حد limit السرعة المتوسطة عندما تصبح الفترة الزمنية صفر, (مثال: السرعة المبينة بعداد سرعة السيارة). وتعرف بأنها مقدار السرعة عند لحظة معينة.
العالم الإيطالي جاليليو جاليلي Galileo Galilei هو من يعزي له بأنه أول من قام بقياس السرعة عن طريق قياس المسافة المقطوعة خلال زمن معين. عرف جاليليو السرعة بأنها المسافة المقطوعة خلال وحدة الزمن بالمعادلة التالية

السرعة الخطية liner velocity (v):
السرعة الخطية هي سرعة جسم في خط مستقيم, وهي تساوي مقدار المسافة المقطوعة مقسومة على الزمن


معدل السرعة
يتم التعامل مع هذا المصطلح معدل السرعة عندما تكون السرعة متغيرة المقدار



التغيير في السرعة
Change of Velocity
معدل تغيير السرعة a (العجلة)& deceleration acceleration:
العجلة a هي معدل تغيير السرعة بالنسبة للزمن
. في حالة تزايد سرعة الجسم تسمى تسارع أو عجلة تزايديه accelerationوتأخذ إشارة موجبة, في حالة تباطئ سرعة الجسم تسمى تباطؤ أو عجلة تقصييريه deceleration وتأخذ إشارة سالبة. وحدة العجلة متر/ثانية تربيع (m/s2). تغيير سرعة الجسم (حدوث عجلة) تأتي نتيجة تأثير قوة خارجية


التعجيل الثابت constant (uniform) acceleration :
التعجيل الثابت او (العجلة الثابتة )هي نوع من أنواع الحركة والتي تكون سرعة الجسم تتغير بمقدار ثابت على فترات زمنية متساوية.
العجلة والقوة acceleration and force:
عند تأثير قوة على جسم فإنها تكسبه عجلة بناء على المعادلة التالية:
a = F/m ج=ق\ك او ق=ك.ج
وتعرف المعادلة على إنها قانون نيوتن الثاني للحركة التي سيتم التطرق لها في فصول لاحقة
F = m a
وتكون وحدة القوة تقاس كجم متر/ث2 kg m/s2
حيث أن وحدة القوة بالوحدات العالمية نيوتن N هي
1 N = 1 kg m/s2

عجلة الجاذبية الأرضية g gravitational acceleration:
هي عجلة الجسم الناجمة عن قوة جذب الأرض. مع إهمال مقاومة الهواء فإن تسارع الأجسام في مجال جاذبية الأرض يكون لها نفس المعدل حسب بعدها عن مركز الأرض.
العجلة الناجمة عن الجاذبية الأرضية لا تعمد على كتلة الجسم. وتتراوح قيمة الجاذبية الأرضية ما بين 9.78- 9.82 m/s2 حسب خطوط العرض,
والقيمة القياسية هي 9.80665gm/s2 وتقرب إلى 9.81 m/s2.
الأجسام ذات الكثافة القليلة (الريشة) تتسارع بمقدار أقل نتيجة مقاومة الهواء لها

معادلات الحركة الخطية

المعادلات التي تربط المسافة مع السرعة مع الزمن, والتي تحتوي على المتغيرات التالية s u v a t يطلق عليها suvat equations (suvat هي رموز المتغيرات بالمعادلة). عندما يكون التعجيل ثابت المقدار uniform or constant acceleration أي لا تتغير قيمتها مع الزمن:
v = u + a t
س2=س1+ج*ن
s = u t + ½ a t2
م = س1*ن+1\2*ن2
v2 = u2 + 2 a s
حيث:
v = السرعة النهائية (m/s)
u = السرعة الابتدائية (m/s)
s = المسافة المقطوعة (m)
a = عجلة الجسم (m/s2)
t = الزمن (s)