اصطکاک بیومکانیک Biomechanic استاد ارجمند : جناب آقای دکتر جوادیان تهیه و تنظیم : تکتم امامی بهار 85 بیومکانیک Biomechanic

اصطکاک یک نیروی تماسی است که درخلاف جهت حرکت جسم اثر می کند و اثر مهمی روی حرکت کردن دارد ، درواقع نیرویی است که هنگام حرکت یک جسم برروی جسم دیگر ظاهر شده که همیشه مخالف یا بازدارنده حرکت می باشد .بدون اصطکاک ما نمی توانیم عمل راه رفتن ، دویدن ، یا هرنوع حرکتی را انجام دهیم . راه رفتن به اصطکاک مناسب ما بین کف پا و زمین نیاز دارد تا پا به طرف جلو یا عقب نلغزد . انواع اصطکاک : - اصطکاک در حرکت سرخوردن - اصطکاک در حرکت غلتیدن - اصطکاک های چرخشی لغزنده از نوع بلبرینگ

50 p 50 اصطکاک در حرکت سر خوردن اصطکاک موقعی درعمل خود را نشان می دهد که حرکتی وجود داشته باشد . مثال ) جسمی که روی زمین قرار گرفته باشد .تحت تاثیر این دو نیرو جسم تمایلی برای سرخوردن ندارد بنابراین نیروی اصطکاکی وجود ندارد که درجهت مخالف حرکت عمل نماید . هنگام وارد شدن نیروتا زمانی که حرکت به وقوع نپیوسته مقدارنیروی اصطکاک برابر با نیرویی که برای حرکت جسم به کار رفته است بنابراین تا لحظه شروع حرکت ، اصطکاک اثر نیروی حرکتی را خنثی کرده و عمل سر خوردن دیده نمی شود . و هنگامی که اصطکاک از نظر مقداری به حد اعلای خود می رسد سر خوردن در شرف وقوع است . مثال ) غلبه بر یک جسم 50 نیوتنی طبق قانون اول نیوتن قبل ازحرکت جسم برایند نیروهای وارد بر جسم صفر است : نیروی وزن جسم = نیروی عکس العمل سطح و نیروی وارد برجسم = نیروی اصطکاک P=40 F=40 حد اعلای اصطکاک وقتی است که جسم در شرف حرکت است اما هنوز حرکت صورت نگرفته و جسم در آستانه لغزیدن و سرخوردن است F=50 . P=50 اصطکاک هنگام شروع حرکت به مراتب بیشتر از اصطکاک در حال سرخوردن است و در واقع به مجرد اینکه جسم شروع به لغزیدن کند از حد اعلای اصطکاک کاسته خواهد شد . R 50 W R p 50 F W

اصطکاک مطلوب در ورزش - افزایش اصطکاک برای اجرای موثرتر : میخهای آهنی در تخت کفشهای دونده ها ، کفشهای بازیکنان فوتبال ، استفاده از پودر در ژیمناستیک و وزنه برداری - کاهش اصطکاک برای اجرای موثرتر: لبه تیز آهنی در تخته کفش پاتیناژ ، واکس زدن به وسایل اسکی ، روغن زدن به دوچرخه بزرگی نیروی اصطکاک به عوامل زیر بستگی دارد : - نیروهایی که دو سطح را روی هم می فشارند ( افزایش نیرو افزایش اصطکاک و بالعکس ) - چگونگی سطوح ( سطوح صاف دارای اصطکاک کمتر از سطوح ناهموارند ) راههای به دست آوردن اصطکاک مطلوب ( تغییر اصطکاک بین دو جسم ) : - تغییرات روی سطح یک یا هردو جسم که روی هم می لغزند ( استفاده از پودر در ژیمناستیک ،واکس زدن به چوبهای اسکی ، کرک روی توپ تنیس ، فرورفتگی های روی توپ گلف ) - تغییردرنیروهایی که دو سطح را روی یکدیگرقرار می دهند( کوهنورد در فرود از کوه به وسیله طناب هر قدر خود را به عقب متمایل کند واز دیواره کوه دور کند نیرویی که به وسیله طناب پاهای اورا بر روی دیواره کوه می فشارند بیشتر می شود و احتمال سر خوردن او کمتر می شود )

x µ (R ) N = max F F Max حد اعلای اصطکاک (R ) N عکس العمل طبیعی سطح ( نیروی عمود بر سطح تماس که سطوح را به یکدیگر می فشارد ) µ ضریب اصطکاک ( ضریب ثابت که برای توصیف اثر مواد مختلف و زبری سطوح درحال تماس به کار می رود ) ارزش عددی این ضریب ثابت فقط بستگی به نوع و ماهیت سطوح برخورد کننده دارد . مثال) در بلندکردن قسمتی از وزنه، کاهش نیروی عکس العمل سطح منجربه کاهش نیروی اصطکاک می شود. ضریب اصطکاک در حال سر خوردن در هر حالت کمتر از ضریب حد اعلای اصطکاک است . پیوسته تجربه کرده ایم که وادار کردن یک جسم به حرکت نیروی بیشتری ازنگهداشتن یک جسم در حرکت می خواهد . مادامی که سطوح در تماس باهم درحال سکون باشد مقدارضریب اصطکاک ثابت است و وقتی که حرکت ما بین سطوح رخ می دهد ضریب اصطکاک همیشه مقدار کمتری نسبت به حال سکون هستند . حد اعلای اصطکاک به مقدار سطوح برخورد بین دو جسم (مساحت سطح تماس ) هیچگونه وابستگی ندارد . مثال) هرگاه کلیه شرایط دیگر مساوی باشد فردی که از سراشیبی تند و لغزنده ای پایین می آید شماره کفشش 40 باشد یا 44 تفاوتی در احتمال لغزیدن او وجود نخواهد داشت . F µ = R

اصطکاک غلتیدن در ورزشهایی مثل فوتبال ، هاکی ، گلف که غلتیدن توپ روی زمین بازی مطرح است باید به مفهوم اصطکاک غلتیدن توجه داشت چراکه ممکن است یک زمین گل آلود ،برفی ،چمن بلند یا خیس برروی اجرای مهارتها اثر گذارد . اثر اصطکاک غلتیدن به مراتب کمتر از اصطکاک سر خوردن می باشد . ضریب اصطکاک سرخوردن بین 1/0 تا 0/1 ضریب اصطکاک غلتیدن بین (01/0 تا 001/0 ) یکصدم تا یکهزارم اصطکاک سرخوردن اصطکاک غلتیدن به عوامل زیر بستگی دارد : - نوع و ماهیت و جنس توپ وسطحی که در عمل غلتیدن درگیر است - عکس العمل طبیعی - قطر توپ ازبین این عوامل عامل اول در ورزش بیشتر مورد توجه قرار می گیرد . عموما درشرایط عادی کار چندانی در مورد این عوامل نمی توان انجام داد زیرا نوع و جنس توپ ، زمین و نوع کف پوش توسط مقررات تعین می شود .آنچه می توان انجام داد این است که در شرایط غیر عادی عوامل و شرایط اثر گذاررا شناخت و براساس این شناخت مبادرت به اجرای مهارت کرد. مثال ) اگر چمن زمین فوتبال بلند و خیس باشد ، اصطکاک غلتیدن زیاد است و برای پاسهای زمینی باید ضربه های وارد به توپ را تنظیم کرد یا مهارت را عوض کرد مثلا از پاسهای هوایی بیشتر استفاده شود.

مثال ) تشک ورزشکاهی را تصور کنید که پنج کیلوگرم است اگر ضریب اصطکاک بین تشک و زمین 0.8 باشدحداعلای نیروی اصطکاک چقدر می باشد . اگر ورزشکار قسمتی از تشک را از زمین بلند کند به طوری که نیروی عکس العمل سطح به اندازه 15نیوتن کاهش یابد حد اعلای اصطکاک را در این حالت محاسبه نمایید . R R W W

نیروی اصطکاک و سطح شیب دار R P F W R P W

منابع -The biomechanics of sports techniques Dr . James g .hay ترجمه دکتر مهدی نمازی زاده -Biomechanic of human motion Barney Francis Leveau ترجمه دکتر سیامک نجاریان -Applied Kinesiology and Biomechanics Jensen , Schults , Bangerter ترجمه دکتر رضا علیجانیان - بیومکانیک کاربردی در ورزش پرویز کماسی - دانش حرکات انسان در ورزش فرزام معلمیان

باتشکر