1. بسم الله الرحمن الرحیم كاربرد اهرمها در بدن
كاربرد اهرمها در بدن
استاد محترم: دكتر جواديان صراف
جواد غلاميان بهار 1385

2. تعریف اهرم حاصل نيروي گشتاور، چرخش حول يك محور مي باشد .
اگر چرخش ها حول يك محور ثابت مورد توجه باشند ،تاثيرا ت اهرمي مي تواند مورد بحث قرار بگيرد .
اهرم یک میله سخت است که حول یک محورثابت (تکیه گاه) حرکت می کند.

3. وقتي اهرم به حركت در مي آيد دو عامل مهم صورت مي پذيرد .
نیرویی راکه در اثر وزن یا وزنه عمل می کند نیروی مقاوم ، ونیرویی را که در صدد است اهرم را به حرکت درآورد نیروی محرک می نامند.
وقتي اهرم به حركت در مي آيد دو عامل مهم صورت مي پذيرد .
با تلاش كمتر مي توانيم مقاومت نسبتأ بزرگتري را از سر راه برداريم ، يا با افزايش طول بازوي اهرم مي توانيم مقاومت نسبتآ زيادي را جابه جا كنيم . R
Force

4. اهرمها دو دسته اند :
اهرمهاي بيروني كه انسانها به شكلي در تلاش براي زندگي روزمره خود از آنها استفاده مي كنند، مانند در بازكن نوشابه ، ميخ كش ، انبردست و...
اهرمهاي آناتوميكي كه در بدن انسان تقريبا هراستخواني از اسكلت بدن انسان همانند يك اهرم عمل مي كند.

5. اهرمهاي آناتوميكي بدن را نمي توان تغيير داد ، ولي زماني كه همين اهرمها بطور كامل و صحيح درك شوند ، بطور مؤثرتري مي توان از آنها براي به حداكثر رساندن نيروهاي عضلاني بدن استفاده كرد .

6. محل اعمال نيروي محرك (معمولا به سر متحرك يا انتهاي عضله وارد مي شود )
تمام دستگاههاي اهرمي داراي سه نقطه مشخص هستند . ترتيب قرارگيري يا موقعيت اين سه نقطه نسبت به يكديگر ، نوع اهرم را مشخص مي كند .
اين نقاط شامل :
محور ( مفاصل )
محل اعمال نيروي محرك (معمولا به سر متحرك يا انتهاي عضله وارد مي شود )
محل كاربرد نيروي مقاوم ( مركز ثقل اهرم يا استخوان و گاهي اوقات وزنه يا شئ خارجي اضافه شده به آن )

7. Elements of a Lever resistance force motive force (effort force) axis
(fulcrum)
motive
arm
resistance
arm

8. انواع اهرمها
اهرمها بر حسب قرار گرفتن نقطه اتکا و نیروی محرک ونیروی مقاوم به سه دسته تقسیم می شوند.
1- اهرم نوع اول
2- اهرم نوع دوم
3- اهرم نوع سوم

9. Classification of Levers
اهرم نوع اول
اين اهرم اساسأ براي ايجاد حركات متعادل طراحي مي شود
كه در آن تکیه گاه بین نیروی محرک و نیروی مقاوم است .
First Class resistance force

11. E R A E R A

12. اهرم نوع دوم Second class lever نیروی مقاوم بین تکیه گاه ونیروی محرک
(بازوي محرك بلندتر از بازوي مقاوم است )
افزایش نیروي حركتي
تعداد اهرمهاي نوع دوم در بدن انسان نسبتا كم است .
resistance
force

13. 2nd Class in body Muscle force Resistance - Body wt. calcaneus fulcrum
In human body, heel lift, or toe raises
Fulcrum = Metatarsal phalangeal joint
Resistance = Body weight
Effort = Plantar flexors
Muscle force
Resistance - Body wt.
calcaneus
fulcrum

14. اهرم نوع سوم نیروی محرک بین نیروی مقاوم وتکیه گاه دارد
( بازوي مقاوم هميشه بلندتر از بازوي محرك است )
افزایش سرعت و دامنه حركت
بيشتر اهرمهاي بدن از نوع سوم هستند كه حتي براي حركت
دادن نيروي مقاوم كوچك به نيروي محرك خيلي بزرگ نياز دارند.
Third Class
force
resistance

15. Third Class
force
resistance

18. تعیین نوع اهرمها در بدن
نوع اهرم یک مفصل یا یک عضله معین به تماس یا عدم تماس بخشی از بدن به یک سطح (زمین یا دیوار ) بستگی دارد وبا توجه به آن تغییر می کند .

19. عوامل موثربراستفاده از اهرمهای آناتومیک
دستگاه اهرمي آناتوميك بدن براي افزايش مزيت مكانيكي ، كه حركات بدني ساده و پيچده را توسعه خواهد داد ، به كار برده مي شود . بعضي افراد به طور ناخود آگاه عادات استفاده از اهرمهاي بدن را به طور شايسته توسعه مي دهند كه البته اين موضوع هميشه صادق نيست .

20. 1- طول بازوهای اهرم
فاصله بين تكيه گاه و نقطه اثر نيروي مقاوم را بازوي مقاوم(RA) و فاصله بين تكيه گاه و نقطه اثر نيروي محرك را بازوي محرك (FA) مي گويند .

21. R
رابطه معكوسي بين نيروي محرك و بازوي محرك و بين نيروي مقاوم و بازوي مقاوم وجود دارد.
در صورتي كه نيروي مقاوم و بازوي مقاوم ثابت بمانند ، هر چه بازوي محرك طويلتر باشد ، مقدار نيروي محرك مورد نياز براي حركت اهرم كمتر خواهد بود .
همين طور ، در صورتي كه نيروي محرك و بازوي محرك ثابت نگه داشته شوند ، با كاهش طول بازوي مقاوم مي توان نيروي مقاوم بزرگي را جا به جا كرد .

22. بازوي مقاوم نيروي مقاوم بازوي محرك نيروي محرك
اصل اهرمها
همچنين رابطه مستقيمي بين اجزاي محرك و اجزاي مقاوم يك اهرم وجود دارد .
اصل اهرمها :
يك اهرم از هرنوعي كه باشد ،وقتي حاصلضرب نيروي تلاش در بازوي تلاش با حاصلضرب نيروي مقاوم در بازوي مقاوم برابر مي شود ، اهرم به حالت تعادل در مي آيد.
F * FA = R * RA
بازوي مقاوم نيروي مقاوم بازوي محرك نيروي محرك

23. مثال 1 force f * 2 inch = 10 pound * 9 inch 2f = 90 pound F = 45 pond
عضله دو سر بازويي مفصل آرنج را خم مي كند . از سوي ديگر ، وزنه اي به وزن تقريبي 10 پوند در دست است كه تمايل دارد آرنج را باز كند . فاصله محل اثر نيروي عضله دو سر باز تا مفصل آرنج تقريبأ 2 اينچ است . بعلاوه ، فاصله بين مفصل آرنج تا وزنهاي كه در دست قرار دارد نيز 9 اينچ است .عضله دو سر بازويي چقدر بايد نيرو اعمال كند تا مفصل آرنج در همان حالت باقي بماند و باز نشود؟
force
bicep
resistance 10
2 INCH
f * inch = 10 pound * 9 inch
2f = 90 pound
F = 45 pond

24. مثال 2
اكنون با تغيير سرانتهايي اين عضله به ميزان يك اينچ ، چه تغييري در مقدار نيروي مورد نياز ملاحظه خواهيد كرد؟
F * 3 inch = 10 pound * 9 inch
3F = 90 pound
F = 30pound
بنابرين مي بينيم با تغيير بازوي محرك به اندازه يك اينچ مي توان اختلاف قابل ملاحضه اي در ميزان نيروي مورد نياز براي حركت اهرم ايجاد كرد.

25. مثال 3. حال با تغيير محل كاربرد نيروي مقاوم (وزنه)
به ميزان يك انچ چه تغييري در ميزان نيروي مورد نياز ملاحظه خواهيد كرد؟
F * 2inch = 10 poUnd * 8 inch
2F = 80 POUND
F = 40 POUND
بنابرين نتيجه گيري مي شود با كوتاه شدن بازوي مقاوم مي توان مقدار نيروي لازم براي حركت اهرم را كاهش داد .

26. مثال 4
اكنون ، مقدار وزنه اي را كه در دست قرار دارد به ميزان 1 پوند كاهش دهيد . چه تغييري در مقدار نيروي مورد نياز مشاهده مي كنيد ؟
F * 2 INCH = 9 POUND * 9 inch
2F = 81 POUND
F = 40/5 POUND
بديهي است با كاهش مقدار نيروي مقاوم مي توان مقدار نيروي محرك مورد نياز براي حركت اهرم را كاهش داد .

27. وظائف اهرمها 1- افزایش دامنه حركت 2- افزایش سرعت
بازوهاي محرك كوتاه و بازوهاي مقاوم طويل ، به قدرت عضلاني زيادي براي ايجاد حركت اهرم نياز دارند .
افزايش نيرو

28. اهرمها و طبقه بندي عملي و هندسي آنها
افزيش سرعت
افزايش نيرو F R
اهرم نوع اول F R
اهرم نوع دوم
اهرم نوع سوم
بازوي
محرك
بازوي
مقاوم
بازوي
محرك
بازوي
مقاوم
بازوي
محرك
>
بازوي
مقاوم
< =

29. هر چه اهرم بلندتر باشد ، در افزايش سرعت به طور مؤثرتري
عمل مي كند .
يك بازيكن تنيس با آرنج صاف و كشيده در مقايسه با آرنج خم ،
مي تواند ضربه شديدتر و محكمتري به توپ تنيس بزند ، چون در
اين شرايط ، اهرم ( طول بازو و راكت تنيس) بلندتر بوده با سرعت بيشتري حركت مي كند .

30. در ورزشهايي از قبيل بيسبال ، هاكي ، گلف و ديگر ورزشها ، اهرمهاي بلند به همان نحو باعث ايجاد نيروي خطي بيشتر و در نتيجه اجراي بهتر مهارت ورزشي
مي شوند.

31. گاهي اوقات داشتن بازوي اهرمي كوتاه براي انجام حركات سريع بهتر و مطلوبتر به نظر مي رسد.
دونده دوي 100 متر با خم كردن مفصل زانو ، اهرم پايش را به حدي كوتاه ميكند كه تقريبأ ميخهاي كفش او با عضلات سريني تماس حاصل پيدا مي كند .

32. همچنين يك بازيكن بيسبال نيز به منظور پرتاب سريع توپ از طريق خم كردن دست از ناحيه آرنج و آوردن آن به طرف گوش ، بازوي اهرمي را كوتاه مي كند .

33. مقايسه يك اهرم طويل و يك اهرم كوتاه كه به يك اندازه چرخش دارند.
B ٌ
C ٌ
كدام يك سريعتر است؟ C B
مقايسه يك اهرم طويل و يك اهرم كوتاه كه به يك اندازه چرخش دارند.
زماني كه طول مي كشد تا اهرم (ب) به (بٌ) برسد برابر با زماني است
كه (ج) به (جٌ ) مي رسد .

34. عوامل موثربراستفاده از اهرمهاي آناتومیک 2- زاویه کشش
عوامل موثربراستفاده از اهرمهاي آناتومیک 2- زاویه کشش
زاويه اي است بين سر انتهايي عضله و استخواني كه آن عضله روي آن متصل مي شود.
اكثر عضلات در زواياي كوچكي از كشش ، معمولأ كمتر از 50 درجه كار مي كنند .
مقدار نيروي مورد نياز براي ايجاد حركت مفصل ، تحت تآ ثير زاويه كشش قرارميگيرد .

36. نيروي عضلاني شامل دو بخش است : دوراني افقي
پايداري
ناپايدار

37. بخش دوراني يا عمودي بخشي از نيروي عضلاني است كه عمود بر محور طولي استخون يا اهرم عمل مي كند .
زماني كه زاويه كشش عضله 90درجه باشد ، تمام نيروي عضلاني منحصرأ از نوع عمودي است ودر نتيجه صد در صد نيروي توليد شده توسط عضله صرف حركت مي شود .

38. دومين بخش نيرو ، بخش غير دوراني يا بخش افقي است و بسته به اينكه آيا زاويه كشش عضله كمتر يا بيشتر از 90درجه است ، به دو بخش تثبيتي (پايداري) و غير تثبيتي (ناپايدار) تقسيم مي شود.

39. در صورتي نيروي عضلاني از نوع غير تثبيتي است كه ، زاويه كشش عضله كمتر از 90 درجه باشد ، چون درا ين شرايط ، نيروي عضلاني باعث كشش استخوان به خارج از مركز مفصل مي شود .

40. بخشهاي مختلف نيروي عضلاني با توجه به زاويه كشش
زاويه كشش كمتر از 90 درجه
زاويه كشش بيشتر از 90 درجه
زاويه كشش 90 درجه

41. بسياري از پسران و دختران قادر به انجام يك بارفيكس نيز نيستند مگر در شروع آرنج آنها زاويه 90 درجه داشته باشد.
تنها راه حل براي عضلاتي كه در زواياي نامناسبي از كشش عمل مي كنند و نيازمند نيروي زيادي براي اجراي مؤثر حركات هستند ، افزايش قدرت يا تقويت كردن عضله است .

43. مزيت مكانيكي اهرمها
Effort (force) Arm
Mechanical Advantage =
Resistance Arm
ماشين هايي كه سودمندي ندارند ضعيف قلمداد مي شوند .
مزيت مكانيكي برابر است با نسبت مقاومت از ميان برداشت شده بر تلاش اعمال شده :
R EA E
E RA R يا MA = =

44. motive arm = resistance arm
MA = 1
motive force
direction of the force
vector is redirected
2 ft
2 ft
motive arm = resistance arm
Mechanical advantage = effort/resistance force
= 2/2 MA = 1

45. motive arm < resistance arm
MA < 1
motive force
Mechanical advantage = effort/resistance force
= 3/1 MA = MA > 1
motive arm < resistance arm
speed is amplified

46. motive arm > resistance arm
MA > 1
motive force
= 1/3
MA = .33
MA is < 1
1 ft
3 ft.
motive arm > resistance arm
force is amplified

47. motive arm < resistance arms
Muscles have MA <1
0.45 m
(resistance arm)
0.02 m
(motive arm)
0.15 m
(resistance arm)
motive arm < resistance arms

48. منابع و مآخذ بيومكانيك كاربردي در ورزش پرويز كماسي
بيومكانيك كاربردي در ورزش پرويز كماسي
اصول حركت شناسي ساختاري ولي ال.. دبيدي
بيومكانيك فنون ورزشي دكتر مهدي نمازي زاده

49. تمام مردم مردگانند و فقط اهل علم زنندگانند
منسوب به حضرت علي (ع)
با تشكر غلاميان 30/2/1385