העקרונות הביומכניים

מבוא

באופן כללי, המונח עקרונות ביו-מכניים פירושו שימוש בעקרונות מכניים לייעול הביצועים הספורטיביים.

יש לציין כי העקרונות הביומכניים אינם משמשים לפיתוח טכנולוגיה, אלא רק לשיפור הטכנולוגיה.

HOCHMUTH פיתח שישה עקרונות ביומכניים לשימוש בחוקים מכניים לעומסי ספורט.

עקרונות ביומכניים על פי הוכמוט

הוכמוט פיתח חמישה עקרונות ביומכניים:

1. עקרון הכוח הראשוני קובע כי תנועת גוף שתבוצע במהירות מירבית חייבת להיות יזומה על ידי תנועה שרצה בדיוק בכיוון ההפוך. הקשר המתאים בין תנועת היכרות לתנועת יעד חייב להיות מתוכנן בצורה מיטבית עבור האדם.
2. העיקרון של מסלול ההאצה האופטימלי מבוסס על ההנחה שנתיב ההאצה חייב להיות ארוך באופן אופטימלי אם המטרה היא מהירות סופית גבוהה. במקרה של תנועות ישרות מדברים על תרגום ובמקרה של תנועות מפותלות באופן שווה של סיבוב.
3. על מנת לעקוב אחר עקרון התיאום הזמני של דחפים אינדיבידואליים, על תנועות אינדיבידואליות להתמודד זה עם זה בצורה אופטימלית ולהיות מתוזמן באופן מושלם. בהתאם למטרת התנועה, אופטימיזציה זמנית של התנועות האינדיבידואליות יכולה להיות חשובה יותר מתחילת שלב של התנועות האינדיבידואליות.
4. זה יכול להיות בדיוק להפך. עקרון הפעולה הנגדית מתייחס לאקסיומה השלישית של ניוטון (אקטיו שווה תגובה) וקובע כי לכל תנועה קיימת הסברה נגדית. שיווי המשקל האנושי, למשל, הוא יחסי גומלין בין תנועות ותנועות נגדיות.
5. העיקרון של העברת המומנטום מבוסס על העובדה שניתן בעזרת חוק שימור המומנטום הזוויתי לקחת איתך דחפים על ידי העברת מרכז הכובד של הגוף לתנועה אחרת.

עקרון הכוח הראשוני

הַגדָרָה

העיקרון הביומכני של הכוח ההתחלתי ממלא תפקיד חשוב, במיוחד בתנועות זריקה וקפיצות, בהן יש להשיג מהירות סופית מקסימאלית של הגוף או של ציוד ספורט.
עקרון זה קובע כי תנועת היכרות הפוכה לכיוון התנועה העיקרי מביאה ליתרון ביצועים. המונח המשמש בספרות הישנה כעיקרון הכוח ההתחלתי המקסימלי אינו משמש עוד במדע הספורט העדכני ביותר, מכיוון שכוח התחלתי שנוצר זה אינו מקסימום אלא דחף מיטבי.

אתה עשוי להתעניין גם בנושא זה: תורת התנועה

כיצד נוצר כוח התחלתי זה?

אם קדמה לתנועה העיקרית תנועה הפוכה לכיוון בפועל, יש להאט את התנועה הזו. בלימה זו יוצרת נחשול כוח (נחשול כוח בלימה). לאחר מכן ניתן להשתמש בזה כדי להאיץ את הגוף או את ציוד הספורט אם התנועה העיקרית עוקבת מייד אחרי "תנועה לאחור" זו.

הסבר על עקרון הכוח הראשוני

האיור ממחיש את עקרון הכוח ההתחלתי המרבי באמצעות דוגמה על לוחית כוח.

אתלט זורק כדור תרופות כשזרועותיו ישרות. בתחילה, הספורטאי נמצא במצב רגוע על משטח המדידה. הכף מראה את משקל הגוף [G] בשעה (משקל המדיבל מוזנח. באותה העת [א] הנושא נכנס ל הברך. לוח המדידה מראה ערך נמוך יותר. האזור [איקס] מראה את הדחף השלילי שמתאים לדחף הבלימה [y] מתאים. נחשול כוח ההאצה מתרחש מיד לאחר גל כוח הבלימה הזה. הכח [ו] פועל על המדיבל. ניתן לראות ערך נמדד גדול יותר על גבי פלטפורמת המדידה. למסירת כוח מיטבית, יחס כוח הבלימה לכוח ההאצה צריך להיות בערך אחד לשלוש.

עקרון מסלול ההאצה האופטימלי

תְאוּצָה

התאוצה מוגדרת כשינוי המהירות ליחידת זמן. זה יכול להופיע הן בצורה חיובית והן בצורה שלילית.
בספורט, לעומת זאת, רק תאוצה חיובית חשובה. התאוצה תלויה ביחס בין הכוח [F] למסה [מ]. כתוצאה מכך: אם כוח גבוה פועל על מסה נמוכה יותר, ההאצה עולה.

עוד על כך: ביומכניקה

הֶסבֵּר

עקרון מסלול ההאצה האופטימלי, כאחד העקרונות הביו-מכניים, נועד להעניק לגוף, לגוף החלקי או לציוד הספורט מהירות סופית מקסימאלית. אולם מכיוון שביומכניקה הם חוקים פיזיקליים ביחס לאורגניזם האנושי, מסלול ההאצה עקב מצבים שרירים-פיזיולוגיים ויחס מנוף אינו מקסימאלי, אלא אופטימלי.
דוגמה: ניתן להאריך את נתיב ההאצה בעת זריקת פטיש פעמים רבות על ידי תנועות סיבוביות נוספות, אך זה לא כלכלי. כריעה עמוקה מדי במהלך הקפיצה הישר מובילה לעלייה בנתיב ההאצה, אך גורמת למנוף שלילי ולכן אינה מעשית.

במדע הספורט המודרני מכונה חוק זה עקרון הנטייה לנתיב ההאצה האופטימלי (HOCHMUTH). המיקוד אינו על הגעה למהירות סופית מקסימאלית, אלא על אופטימיזציה של עקומת זמן האצה. עם הכדי לירות, משך ההאצה אינו רלוונטי, מדובר רק בהגעה למהירות העליונה, בעוד שבאגרוף חשוב יותר להאיץ את הזרוע במהירות האפשרית על מנת למנוע פעולות מתחמקות של היריב. בדרך זו ניתן לשמור על התחלת האצה נמוכה במהלך הכיבוי והאצה גבוהה מתרחשת רק לקראת סוף התנועה.

עקרון התיאום של פולסים חלקיים

הגדרת הדחף

דחף הוא מצב התנועה בכיוון ומהירות [p = m * v].

הֶסבֵּר

עם עיקרון זה, חשוב להבחין בין תיאום מסת הגוף (קפיצה לגובה) או קואורדינציה של גופות חלקיות (זריקת כידון).
בקשר הדוק עם הכישורים הקואורדינטיביים (במיוחד כישורי צימוד), יש לתאם את כל תנועות הגוף החלקיות / הדחפים החלקיים מבחינת זמן, מרחב ודינמיקה. ניתן לראות זאת בבירור בדוגמה של הגשה בטניס. כדור הטניס יכול להגיע למהירות גבוהה בלבד (230 קמ"ש) אם כל הדחפים החלקיים עוקבים זה אחר זה מייד. התוצאה של תנועת הפגיעה הגבוהה על הפגיעה מתחילה במתיחת הרגליים, ואחריה סיבוב פלג הגוף העליון ותנועת הפגיעה בפועל של הזרוע. הדחפים החלקיים האישיים מתווספים בגרסה הכלכלית.
יצוין גם כי כיווני הפולסים החלקיים האינדיבידואליים הם באותו כיוון. גם כאן יש למצוא פשרה בין עקרונות אנטומיים ומכניים.

קרא גם את הנושא שלנו: אימוני תיאום

עקרון הפעולה נגד

הֶסבֵּר

עקרון הפעולה הנגדית כאחד העקרונות הביו-מכניים מבוסס על חוק הפעולה השלישי של ניוטון.
זה אומר שכוח שקם תמיד יוצר כוח הפוך באותו גודל בכיוון ההפוך. ניתן להזניח את הכוחות המועברים לכדור הארץ בגלל מסת האדמה.
כאשר הולכים, כף הרגל הימנית והזרוע השמאלית מובאים קדימה באותו זמן, מכיוון שבני האדם אינם יכולים להעביר כוחות לאדמה במצב האופקי. ניתן לראות משהו דומה בקפיצה לרוחק. על ידי העברת פלג הגוף העליון קדימה, מריץ האתלט בו זמנית את הגפיים התחתונות ובכך משיג יתרונות במרחק הקפיצה. דוגמאות נוספות הן האגרוף בכדוריד או יד קדמית בטניס. עקרון הרתיעה הסיבובית מבוסס על עיקרון זה. כדוגמה, דמיין שאתה עומד מול מדרון. אם פלג הגוף העליון נתמך, הזרועות מתחילות להסתובב קדימה על מנת ליצור דחף על פלג הגוף העליון. מכיוון שמסת הזרועות קטנה מזו של פלג הגוף העליון, יש לבצע אותן בצורה של עיגולים מהירים.

עקרון שימור המומנטום

כדי להסביר את העיקרון הזה, אנו מנתחים סנונית עם תנוחה ישרה וכפופה. הציר שסביבו המתעמל קופץ סדק נקרא ציר רוחב הגוף. כאשר הגוף נמתח, יש המון מסת גוף מציר הסיבוב הזה. זה מאט את תנועת המפנה (מהירות זוויתית) וקשה לבצע את פעולת הכיפה. אם מביאים חלקי גוף לציר הסיבוב על ידי כריעה, המהירות הזוויתית גדלה והביצוע של סופת הכניסה לפשוטה. אותו עיקרון חל גם על פירואטים בהחלקה על איור. במקרה זה, ציר הסיבוב הוא ציר האורך של הגוף. ככל שהזרועות והרגליים מתקרבות לציר הסיבוב הזה, מהירות הסיבוב עולה.

אתה עשוי להתעניין גם בנושא זה: למידה מוטורית

העקרונות הביו-מכאניים בתחומי הפרט

עקרונות ביומכניים בקפיצה לגובה

במהלך הקפיצה לגובה ניתן להביא את רצפי התנועה האישיים להרמוניה עם העקרונות הביו-מכאניים.
העיקרון של מסלול ההאצה האופטימלי ניתן למצוא שוב בגישה, שצריכה להתעקם קדימה כדי לפגוע בנקודת קפיצה אופטימלית. לעיקרון התיאום הזמני של קטניות אינדיבידואליות יש תפקיד חשוב. שלב האיסוף חשוב ביותר וקובע את מסלול המסלול לאחר הקפיצה. עקרונות העברת הדחף והכוח הראשוני ממלאים כאן תפקיד חשוב. הם מבטיחים כי הספורטאי יביא את הכוח האופטימלי בעת הקפיצה על הקרקע ולוקח את המומנטום מההפעלה.

כאשר חוצים את הכביש, מתרחש סיבוב אשר נובע מעיקרון הפעולה הנגדית והרתיעה הסיבובית. כאשר קופצים, הגופה מופנית לצדדים מעל הבר ואז נתפסת בגב.

נושאים דומים:

• כוח מהירות
• כוח מירבי

עקרונות ביומכניים בהתעמלות

בתרגילי התעמלות והתעמלות, נכנסים גם הם כמה עקרונות ביומכניים. חשיבות מיוחדת לסיבוב תנועות ונדנדות. אלה עוקבים אחר עקרונות מסלול ההאצה האופטימלי.קפיצות שונות מבוצעות לעתים קרובות גם בתנועות התעמלות. כאן נמצא את העיקרון של הכוח ההתחלתי המרבי, כמו גם זה של מסלול ההאצה האופטימלי. לבסוף, יש לשלב את תנועות המשנה האינדיבידואליות לרצף נוזלים, התואם את העיקרון של תיאום תת הדחפים.

עקרונות ביומכניים בבדמינטון

העקרונות ניתנים ליישום גם בעת הגשת הבדמינטון. התנועה לאחור הולכת אחר עקרון מסלול ההאצה האופטימלי ועקרון הכוח ההתחלתי. העיקרון של שימור המומנטום חשוב כך שניתן יהיה להעביר את המומנטום גם לכדור. העיקרון של תיאום זמני של פולסים בודדים עוזר גם כאן. כאשר המכה הושלמה, התנועה מיירטת באמצעות עקרון הפעולה הנגדית והרתיעה הסיבובית.

העקרונות הביו-מכאניים בטניס

הגשת הטניס דומה מאוד לזו של הבדמינטון. רבים מהעקרונות הביו-מכניים משתלבים זה בזה ומבטיחים ביצוע אופטימלי של התנועה. בטניס חשוב במיוחד לשים לב לרצפי תנועה מיטביים, מכיוון שטעויות יכולות לעלות אנרגיה רבה בגלל מהירות המשחק. לכן עקרונות אלה חשובים מאוד באימונים ויכולים לעשות את ההבדל בין ניצחון להפסד בתחרות.

קרא עוד בנושא: טֶנִיס

עקרונות ביו-מכאניים בספרינטים

הספרינט עוסק בעיקר בעקרונות הכוח הראשוני, מסלול ההאצה האופטימלי, התיאום הזמני של הדחפים האישיים ועקרון השימור של הדחפים. העיקרון של פעולה נגדית ורתיעה סיבובית כמעט ולא משמש כאן.
ההתחלה חייבת להיות עוצמתית וממוקדת. יש לדבוק ברצף התנועות של הרגליים בתדר אופטימלי ובאורך הצעד ככל האפשר עד למטרה.
דוגמה זו ממחישה יפה עד כמה עקרונות ביומכניים חשובים יכולים להיות לתנועה.

עקרונות ביומכניים בשחייה

בשחייה ניתן ליישם את העקרונות הביו-מכניים בצורה שונה במקצת על סגנונות השחייה השונים.
דוגמת השד המוצגת כאן מכיוון שהיא סוג השחייה הפופולרי ביותר. עקרון התיאום הזמני של דחפים אינדיבידואליים תואם את התנועה המחזורית של זרועות ורגליים עם נשימה בו זמנית (ראש מעל ומתחת למים).
העיקרון של העברת הדחף בא לידי ביטוי בעובדה ששחיינים טובים יכולים ללמוד את הנדנדה מהמשיכה האישית (שביתת קשת ומכות רגל) והשתמש בהנעה לרכבת הבאה.

תוכלו לקרוא גם את הנושא שלנו: פיזיקת שחייה

עקרונות ביומכניים בקפיצה לרוחק

הקפיצה הארוכה דומה לקפיצה לגובה. סוג הגישה שונה. זה לא מסודר בעקומה כמו בקפיצה לגובה, אלא באופן לינארי על בור הקפיצה. העיקרון של מסלול ההאצה האופטימלי משחק כאן תפקיד מרכזי. בנוסף, נעשה שימוש בעקרון העברת הדחפים כמו גם בעקרון הכוח ההתחלתי שבלעדיו ההתחלה אפילו לא הייתה אפשרית.

בסוף ההרצה, המגשר עושה צעד מכווץ ומשתמש בעקרון של פעולת נגד והעברת דחפים ודוחף את עצמו למסלול לכיוון בור הקפיצה. בטיסה, המגשר זורק את רגליו וזרועותיו קדימה, באמצעות עקרון העברת הדחף כדי לטוס עוד יותר.

עקרונות ביומכניים בצילום

עקרונות ביומכניים שונים ממלאים תפקיד בצילום הצילום. בכדי להשיג מרחק גדול כשדוחפים, חשוב להעביר כוח רב ככל האפשר לכדור על מנת להשיג מהירות זריקה גבוהה. אנו מכנים זאת עיקרון הכוח ההתחלתי המרבי. מהירות כיבוי גבוהה יותר מושגת גם על ידי גיבוי ובכך הארכת מסלול ההאצה. זה העיקרון של מסלול ההאצה האופטימלי. לבסוף, יש חשיבות לתאום מיטבי של השלבים החלקיים של התנועה בכדור הצילום: מעבר לא נקי, למשל, משפיע לרעה על מרחק השבץ. אנו יודעים זאת כעיקרון התיאום של דחפים חלקיים.

עקרונות ביומכניים בכדורעף

כדורעף הוא ספורט דינמי עם מגוון רחב של אלמנטים, כולל מכות, קפיצות וריצה באלמנטים. באופן עקרוני, ניתן למצוא את כל העקרונות הביו-מכניים בכדורעף. ניתן למצוא את העיקרון של הכוח ההתחלתי ונתיב ההאצה האופטימלי, למשל בזמן ההגשה. העיקרון של תיאום הדחפים החלקיים מגדיר, למשל, את הקפיצה הנקייה והמכה הנקייה בעזרת כדור מרוחץ. השפעת הכדור מביאה לריבאונד מהידיים עם עיקרון הפעולה הנגדית. העיקרון של העברת הדחפים נכנס למשחק במשחק החולף.

עקרונות ביומכניים בחסמים

לעקרונות הביו-מכניים יש חשיבות רבה גם במכשולים. עיקרון הכוח ההתחלתי המרבי מתאר, למשל, את הדחיפה מול המשוכה, שממקסמת את גובה הקפיצה. על מנת למטב את התחלתו של משוכה, עיקרון מסלול ההאצה האופטימלי נכנס לפעולה, כאשר משמרת המשקל והכוח המופעל בעת דחיית החסימה ממלאים תפקיד חשוב. יש לתאם בצורה מיטבית את התנועות החלקיות במכשולים כדי להבטיח הצלחה. זה בעקבות העיקרון של תיאום אופטימלי של פולסים חלקיים. עקרון הפעולה שכנגד נכנס לפעולה ברגע שהרץ נוחת על הרגל שוב לאחר הקפיצה והאיזון נשמר על ידי מתיחת פלג הגוף העליון.