کاربرد فيزيك در ورزش
نويسنده: پريسا و پرستو صادقي پور
فوتباليستی را در نظر بگيريد كه هنگام ضربه زدن به توپ فقط از عضلات دو قلوي پاي خود استفاده مي كند. اين فوتباليست هنگام ضربه زدن به توپ از دو عضله استفاده ميكند و اگر قدرت وارد كردن انرژي اين دو عضله را 100نيوتن در نظر بگريم توپ او با سرعت مثلا40 كيلومتر در ساعت حركت خواهد كرد.حالافوتباليست ديگري را در نظر بگيريد كه هنگام ضربه زده علاوه بر استفاده از عضلات ساق پاي خود،از عضلات ران نيز استفاده مي كند.
اين شخص علاوه براينكه عضلات بيشتري استفاده مي كند نيروي بيشتري را برروي توپ وارد مي كند (200نيوتن)در نتيجه سرعت توپ او با 60يا 80كيلومتر در ساعت حركت خواهد كرد .ودر نهايت شوت او براي دروازبان حريف مشكل ساز خواهد بود
مي بينيد كه استفاده بسيار ساده وپيش پا افتاده اي از علم فيزيك در مثال بالا يك فوتباليست را از نظر قدرت شليك توپ به حد بالايي مي رساند .پس مي توان نتيجه گرفت كه علم در ورزش بي تاثير نيست.براي توجه بيشتر مثال زير را در نظر بگيريد:اسكي بازي را در نظر بگيريد كه در حدود60كيلو گرم وزن داشته و در مسابقه اسكي مارپيچ المپيك شركت كرده است ،قانون نيروي ثقل و وزن كه در فيزيك به صورت تئوري در كتاب ها مطرح شده است اين شخص را بر اثر نيروي كشش زمين ونيروي گرانش وطبق فرمول زير نيروي خاصي را بر او وارد مي كند.واو را از كوه به سمت پايين مي كشد ونيرويي كه هر دو جرم را به سمت يكديگر مي كشاند نيروي گرانش نام دارد ونيز ربايش زمين را بر يك جسم ،وزن ان جسم يا نيروي گرانش مي گويند و مي دانيم وزن با جرم فرق مي كند نتيجتا وزن اين اسكي باز طبق قانون زير برابر است با 60كيلو گرم ونيروي واردشده بر اوبرابراست با:
W=60(kg)* 10(n/kg)=600N
ورزشكار ديگري را در نظر بگيريد كه وزن او اصطلاحا 100كيلو گرم باشد و نيروي وارد شده بر او برابر است با:
W=100(kg)10(n/kg)=1000N
نيرويي كه شخص دوم را به پايين مي كشد، حدودا400نيوتن از نيروي شخص اول بيشتر است .در نتيجه سر عت نفر دوم نيز به مراتب بيشتر خواهد شد.بنابراين شانس موفقيت نفر دوم در صورتي كه داراي فاكتور هاي مشترك ديگر مثل داشتن اسكي هايي با كيفيت يكسان وغيره ،براي پيروزي در مسابقه بيشتر است.اكنون كه تا حدي به نقش علم فيزيك و تاثير موثر بر ورزش اشنا شديد وقت ان است كه شاخه هاي مختلف ان را برسي كرده و نقش هر كدام را در ورزش روشن كنيم .
N=C/ V
بيشترين كابرد اين تكنيك در ورزش براي ساخت عينك هاي شنا و غواصي مي باشد.
عينك غواصي در هوا داراي ديد تار مي باشند ولي در آب با اصل ضريب شكست توسط محيط اب داراي ديد صاف و شفاف مي شوند.روي اين اصل شناگران با اينگونه عينك ها مي توانند كف استخر را به خوبي ببينند .خط هاي سفيدي كه در ته استخر كشيده مي شوند باعث مي شوند تا شناگران در مسير خود قرار بگيرند وبه مسير ديگر ورزشكاران وارد نشوند و با چشم غير مسلح و با عينك مخصوص شنا اين خط ها ديده نمي شوند.همچنين شناگران قادرند به خوبي با اين عينك ها حريفان خود را زير نظر داشته باشند.
در اينجا با بعضي از نيرو ها آشنا ونقش هر كدام را در ورزش برسي مي كنيم.
W=جرم(kg)10(n/kg)
در نتيجه اين نيرو براي ورزش اسكي مثبت و مفيد است .ولي در ورزش پرش ارتفاع كه ورزشكار با پريدن از سطح زمين انرژي خود را صرف غلبه برنيروي گرانش زمين مي كند ،طبق فرمول:
W=جرم*10
اين در خلاف جهت حركت ورزشكار قرار دارد به عنوان نيروي مزاحم به حساب مي آيد .پس در رشته اسكي هر كسي كه سنگين تر است سرعت بيشتري دارد وبر عكس در ورزش پرش ارتفاع هر كس كه سبكتر است موفق تر خواهد بود وبهتر مي تواند بپرد
مثلادر ورزش هاي: لوژسواري ،شنا واسكي و….يك عامل مزاحم به شمار مي رود.ولي در ورزش هايي مثل تنيس واليبال فوتبال و…نيروي اصطكاك عامل پايداري ورزشكار در سطح زمين به شمار مي آيد و در جهت مثبت فعاليت ورزشكاران قرار دارد.اصطكاك در عامل پايداري ورزشكار در سطح زمين به شمار مي آيد ودر جهت مثبت فعاليت ورزشكاران قرار دارد. اصطكاك در ورزش لوژسواري باعث مي شود نيروي مزاحم وترمز كننده بين تيغه هاي لوژو يخ ايجاد شود ودر نتيجه از سرعت لوژسوار كاسته شود،براي رفع اين مزاحمت مربيان ومتخصصان تيم هاي ورزشي با ساخت تيغه هايي كه كمترين سطح زبر رادارا مي باشد (بسيار تيز وصيقلي)مي باشد در زير لوژهاي ورزشكاران نصب مي كنند.در ورزش اسكي كه تماس بين كف اسكي و برف عامل ايجاد اصطكاك است وتا حدودي از سرعت ورزشكاران جلوگيري مي كند ،به صورت تجربي به اثبات رسيده كه اگرورزشكار واكس مربوط به هر برف (دماي برف معيار واكسها مي باشد)را به ته اسكي خود بزنند اسكي با سرعت بيشتري به دليل رفع نيروي اصطكاك بين كف اسكي و برف حركت خواهد كرد.در ورزش شنا نيز نيروي اصطكاك بين آب وبدن شناگر عامل مزاحمي براي سرعت او محسوب مي شود.اينگونه مشكلات را كه مي توانندمانعي براي رسيدن ورزشكاران به سرعت ايده آل ومناسب باشند را فيزيك به آساني حل كرده است. دانشمندان فيزيك با درست كردن لباس هاي شنا (مثل پوست فك ها كه سطح اصطكاك را به ميزان نسبتا زيادي پايين مي آورند)باعث شدند عامل مزاحم نيروي اصطكاك در ورزش شنا به حداقل برسدو همين كشف تا حدودي ركود سرعت شنا را بالا برده است.در ورزش هايي مثل تنيس و واليبال كه ورزشكار بايد با پاهاي استوار در سطح زمين به جابجايي بپردازد وبتواند خود را كنترل كند واز ليز خوردن در سطح صاف سالن جلوگيري كند حالتي كاملا بر عكس شنا واسكي وجود دارد به همين دليل در اين ورزش ها به نيروي اصطكاك بيشتر نياز داريم ونتيجتا متخصصين وصاحب كارخانه هاي معروف كفش هايي ساخته اند كه بتوانند نيروي اصطكاك بين كفش وزمين چندين برابر كند.
قوانين حركت در ورزش به صورت شتاب افزايش سرعت چگونگي برقراري تعادل در حركت روي مسير منحني ترمزهاي اضطراري وكلا افزايش ركود سرعت در واحد زمان نمايان شده است.سرعت عبارت است از:جا به جايي متحرك در واحد زمان .
مثال:دريك مسابقه شنا100متري شناگرطول000/50متري استخررا در يك رفت وبرگشتدر مدت 00/56ثانيه پيموده است.اگر بتوانيم سرعت شناگر را در سرعت رفت و هنگام برگشت جداگانه حساب كنيم ضعف او را در مسير نشان دادهايم زيرا با افزايش و كاهش سر عت ضعف او نمايان خواهد شد .
زمان رفت 27ثانيه زمان برگشت29ثانيه
اين ورزشكار در هنگام رفت سرعت بيشتري داشته است و هنگام برگشت سرعت او كم شده است.با يك فرمول ساده اما مهم مربي مي تواند شاگردان خود را از نظر رفتار سرعتي در هنگام تمرين يامسابقه به خوبي كنترل كند ونكته هاي لازم را به موقع در موردنحوه حركت وسرعت ورزشكار به او بگويد وضعف ورزشكار را در مسير ها برسي كند.
اگر ورزشكار بعداز اعلام شروع مسابقه كه زمان صفروسرعت نيز صفر باشد با استارت زدن خوب وقوي سرعت خودرا مثلا به 60kmبرساند،درزمان كمتري(يعني استارت سريع وانفجاري) تايم او به 3ثانيه برسد شتاب او برابر خواهد بود: 20 متر بر مجذور ثانیه
هرچه اين شتاب در ابتداي مسير بيشتر باشد (مثلا سرعت60km)عاملي خواهد شد تا او بسياري از جريان خود را پشت سر بگذارد.
ولي نبايستي از عوامل فيزيولوژيكي و قوانين ديگر فيزيك در هنگام طي مسير براي افزايش بهروري از سرعت چشم پوشي كنيد.
سرعت زاويه اي،سرعت متحرك را به جاي اين كه به وسيله پيمودن مسافت برحسب متر حساب كند،براساس پيمودن مسافت برحسب زاويه طي شده هر پيچي كه در مسير قرار دارد تعيين مي كند.
اين گونه براي ورزش تنها از نظر كاهش سرعت در هنگام عبور از مسير پيچ ها و چگونگي برقراري تعادل در سرعت بالا هنگام عبور از پيچ ها مطرح مي باشد. زيرا تكنيك هايي كه در هنگام عبور از مسير پيچ به كار مي رود در راستاي افزايش سرعت همراه با تعادل مي باشد.
1-حفظ حالت سكون بر اثر وارد نشدن نيرو كه براي بيشتر ورزشكاران و ورزش ها مضر مي باشد.
2-براي حفظ سرعت نياز به خرج انرژي و صرف توان بيشتري داريم.
در قسمت دوم انچه نمايان است و و براي ورزشكاران حائز اهميت است اين مطلب است كه ورزشكار بايستي انرژي خود را در طي مسير حفظ كند تا بتواند در طي مسير به طور موثر در تمامي لحظه ها آن را به كار ببرد ودچار كاهش انرژي نشود وبه قول ورزشكاران در هنگام ادامه مسير كم نياورد.
قانون دوم نيوتن بيان ميكند كه اگر بر جسم نيرو (برآيند نيرو ها)وارد شود چگونه در حركت جسم تغيير حاصل مي شود. نيروي مضاعف كه در اغلب ورزش ها عبارتند از :نيروهاي رواني ،نيروهاي تغذيه اي و كمك جستن از نيرو هاي طبيعي مختلف از اين نوع اند.
اتومبيلي كه در سرا شيبي تپه قرار دارد يا فنر ساعتي كه كوك شده است يا آبي كه پشت يك سد موجود است مثال هايي از اجسامي هستند كه داراي انرژي پتانسيل مي باشند.در ورزش انرژي پتانسيل، نيروي گرانش ،انرژي پتانسيل موجود در عضلات كه از راه مواد غذايي و دارويي تامين مي شود ،انرژي پتانسيل ذخيره شده در سوخت اتومبيل مسابقه و. . . قابل شناسايي هستند.
تمام آنچه که گفته شد گوشه هايي از کاربرد علم فيزيک در ورزش مي باشد که اميدواريم مفيد فايده واقع شده باشد.
منبع: www.mardomsalari.com
اين شخص علاوه براينكه عضلات بيشتري استفاده مي كند نيروي بيشتري را برروي توپ وارد مي كند (200نيوتن)در نتيجه سرعت توپ او با 60يا 80كيلومتر در ساعت حركت خواهد كرد .ودر نهايت شوت او براي دروازبان حريف مشكل ساز خواهد بود
مي بينيد كه استفاده بسيار ساده وپيش پا افتاده اي از علم فيزيك در مثال بالا يك فوتباليست را از نظر قدرت شليك توپ به حد بالايي مي رساند .پس مي توان نتيجه گرفت كه علم در ورزش بي تاثير نيست.براي توجه بيشتر مثال زير را در نظر بگيريد:اسكي بازي را در نظر بگيريد كه در حدود60كيلو گرم وزن داشته و در مسابقه اسكي مارپيچ المپيك شركت كرده است ،قانون نيروي ثقل و وزن كه در فيزيك به صورت تئوري در كتاب ها مطرح شده است اين شخص را بر اثر نيروي كشش زمين ونيروي گرانش وطبق فرمول زير نيروي خاصي را بر او وارد مي كند.واو را از كوه به سمت پايين مي كشد ونيرويي كه هر دو جرم را به سمت يكديگر مي كشاند نيروي گرانش نام دارد ونيز ربايش زمين را بر يك جسم ،وزن ان جسم يا نيروي گرانش مي گويند و مي دانيم وزن با جرم فرق مي كند نتيجتا وزن اين اسكي باز طبق قانون زير برابر است با 60كيلو گرم ونيروي واردشده بر اوبرابراست با:
W=60(kg)* 10(n/kg)=600N
ورزشكار ديگري را در نظر بگيريد كه وزن او اصطلاحا 100كيلو گرم باشد و نيروي وارد شده بر او برابر است با:
W=100(kg)10(n/kg)=1000N
نيرويي كه شخص دوم را به پايين مي كشد، حدودا400نيوتن از نيروي شخص اول بيشتر است .در نتيجه سر عت نفر دوم نيز به مراتب بيشتر خواهد شد.بنابراين شانس موفقيت نفر دوم در صورتي كه داراي فاكتور هاي مشترك ديگر مثل داشتن اسكي هايي با كيفيت يكسان وغيره ،براي پيروزي در مسابقه بيشتر است.اكنون كه تا حدي به نقش علم فيزيك و تاثير موثر بر ورزش اشنا شديد وقت ان است كه شاخه هاي مختلف ان را برسي كرده و نقش هر كدام را در ورزش روشن كنيم .
پرتوهاي نوري و قوانين شكست نوري
N=C/ V
بيشترين كابرد اين تكنيك در ورزش براي ساخت عينك هاي شنا و غواصي مي باشد.
عينك غواصي در هوا داراي ديد تار مي باشند ولي در آب با اصل ضريب شكست توسط محيط اب داراي ديد صاف و شفاف مي شوند.روي اين اصل شناگران با اينگونه عينك ها مي توانند كف استخر را به خوبي ببينند .خط هاي سفيدي كه در ته استخر كشيده مي شوند باعث مي شوند تا شناگران در مسير خود قرار بگيرند وبه مسير ديگر ورزشكاران وارد نشوند و با چشم غير مسلح و با عينك مخصوص شنا اين خط ها ديده نمي شوند.همچنين شناگران قادرند به خوبي با اين عينك ها حريفان خود را زير نظر داشته باشند.
تجزيه پرنوهاي نوري و رنگ هاي مختلف نوري وداستان عدسي ها
بازده زمانی
نيرو
در اينجا با بعضي از نيرو ها آشنا ونقش هر كدام را در ورزش برسي مي كنيم.
نيروي گرانش
W=جرم(kg)10(n/kg)
در نتيجه اين نيرو براي ورزش اسكي مثبت و مفيد است .ولي در ورزش پرش ارتفاع كه ورزشكار با پريدن از سطح زمين انرژي خود را صرف غلبه برنيروي گرانش زمين مي كند ،طبق فرمول:
W=جرم*10
اين در خلاف جهت حركت ورزشكار قرار دارد به عنوان نيروي مزاحم به حساب مي آيد .پس در رشته اسكي هر كسي كه سنگين تر است سرعت بيشتري دارد وبر عكس در ورزش پرش ارتفاع هر كس كه سبكتر است موفق تر خواهد بود وبهتر مي تواند بپرد
نيروي كشسانی
نيروي مالش
مثلادر ورزش هاي: لوژسواري ،شنا واسكي و….يك عامل مزاحم به شمار مي رود.ولي در ورزش هايي مثل تنيس واليبال فوتبال و…نيروي اصطكاك عامل پايداري ورزشكار در سطح زمين به شمار مي آيد و در جهت مثبت فعاليت ورزشكاران قرار دارد.اصطكاك در عامل پايداري ورزشكار در سطح زمين به شمار مي آيد ودر جهت مثبت فعاليت ورزشكاران قرار دارد. اصطكاك در ورزش لوژسواري باعث مي شود نيروي مزاحم وترمز كننده بين تيغه هاي لوژو يخ ايجاد شود ودر نتيجه از سرعت لوژسوار كاسته شود،براي رفع اين مزاحمت مربيان ومتخصصان تيم هاي ورزشي با ساخت تيغه هايي كه كمترين سطح زبر رادارا مي باشد (بسيار تيز وصيقلي)مي باشد در زير لوژهاي ورزشكاران نصب مي كنند.در ورزش اسكي كه تماس بين كف اسكي و برف عامل ايجاد اصطكاك است وتا حدودي از سرعت ورزشكاران جلوگيري مي كند ،به صورت تجربي به اثبات رسيده كه اگرورزشكار واكس مربوط به هر برف (دماي برف معيار واكسها مي باشد)را به ته اسكي خود بزنند اسكي با سرعت بيشتري به دليل رفع نيروي اصطكاك بين كف اسكي و برف حركت خواهد كرد.در ورزش شنا نيز نيروي اصطكاك بين آب وبدن شناگر عامل مزاحمي براي سرعت او محسوب مي شود.اينگونه مشكلات را كه مي توانندمانعي براي رسيدن ورزشكاران به سرعت ايده آل ومناسب باشند را فيزيك به آساني حل كرده است. دانشمندان فيزيك با درست كردن لباس هاي شنا (مثل پوست فك ها كه سطح اصطكاك را به ميزان نسبتا زيادي پايين مي آورند)باعث شدند عامل مزاحم نيروي اصطكاك در ورزش شنا به حداقل برسدو همين كشف تا حدودي ركود سرعت شنا را بالا برده است.در ورزش هايي مثل تنيس و واليبال كه ورزشكار بايد با پاهاي استوار در سطح زمين به جابجايي بپردازد وبتواند خود را كنترل كند واز ليز خوردن در سطح صاف سالن جلوگيري كند حالتي كاملا بر عكس شنا واسكي وجود دارد به همين دليل در اين ورزش ها به نيروي اصطكاك بيشتر نياز داريم ونتيجتا متخصصين وصاحب كارخانه هاي معروف كفش هايي ساخته اند كه بتوانند نيروي اصطكاك بين كفش وزمين چندين برابر كند.
نيروي مقاومت شاره
نيروي ارشميدس
راستي تكنيك چيست؟
قوانين حركت
قوانين حركت در ورزش به صورت شتاب افزايش سرعت چگونگي برقراري تعادل در حركت روي مسير منحني ترمزهاي اضطراري وكلا افزايش ركود سرعت در واحد زمان نمايان شده است.سرعت عبارت است از:جا به جايي متحرك در واحد زمان .
مثال:دريك مسابقه شنا100متري شناگرطول000/50متري استخررا در يك رفت وبرگشتدر مدت 00/56ثانيه پيموده است.اگر بتوانيم سرعت شناگر را در سرعت رفت و هنگام برگشت جداگانه حساب كنيم ضعف او را در مسير نشان دادهايم زيرا با افزايش و كاهش سر عت ضعف او نمايان خواهد شد .
زمان رفت 27ثانيه زمان برگشت29ثانيه
اين ورزشكار در هنگام رفت سرعت بيشتري داشته است و هنگام برگشت سرعت او كم شده است.با يك فرمول ساده اما مهم مربي مي تواند شاگردان خود را از نظر رفتار سرعتي در هنگام تمرين يامسابقه به خوبي كنترل كند ونكته هاي لازم را به موقع در موردنحوه حركت وسرعت ورزشكار به او بگويد وضعف ورزشكار را در مسير ها برسي كند.
شتاب
اگر ورزشكار بعداز اعلام شروع مسابقه كه زمان صفروسرعت نيز صفر باشد با استارت زدن خوب وقوي سرعت خودرا مثلا به 60kmبرساند،درزمان كمتري(يعني استارت سريع وانفجاري) تايم او به 3ثانيه برسد شتاب او برابر خواهد بود: 20 متر بر مجذور ثانیه
هرچه اين شتاب در ابتداي مسير بيشتر باشد (مثلا سرعت60km)عاملي خواهد شد تا او بسياري از جريان خود را پشت سر بگذارد.
ولي نبايستي از عوامل فيزيولوژيكي و قوانين ديگر فيزيك در هنگام طي مسير براي افزايش بهروري از سرعت چشم پوشي كنيد.
حركت بر مسير دايره اي
سرعت زاويه اي،سرعت متحرك را به جاي اين كه به وسيله پيمودن مسافت برحسب متر حساب كند،براساس پيمودن مسافت برحسب زاويه طي شده هر پيچي كه در مسير قرار دارد تعيين مي كند.
اين گونه براي ورزش تنها از نظر كاهش سرعت در هنگام عبور از مسير پيچ ها و چگونگي برقراري تعادل در سرعت بالا هنگام عبور از پيچ ها مطرح مي باشد. زيرا تكنيك هايي كه در هنگام عبور از مسير پيچ به كار مي رود در راستاي افزايش سرعت همراه با تعادل مي باشد.
شتاب ونيروي جانب مر كز
قوانين نيوتن و ورزش
قانون اول نيوتن
1-حفظ حالت سكون بر اثر وارد نشدن نيرو كه براي بيشتر ورزشكاران و ورزش ها مضر مي باشد.
2-براي حفظ سرعت نياز به خرج انرژي و صرف توان بيشتري داريم.
در قسمت دوم انچه نمايان است و و براي ورزشكاران حائز اهميت است اين مطلب است كه ورزشكار بايستي انرژي خود را در طي مسير حفظ كند تا بتواند در طي مسير به طور موثر در تمامي لحظه ها آن را به كار ببرد ودچار كاهش انرژي نشود وبه قول ورزشكاران در هنگام ادامه مسير كم نياورد.
اينرسی
قانون دوم نيوتن
قانون دوم نيوتن بيان ميكند كه اگر بر جسم نيرو (برآيند نيرو ها)وارد شود چگونه در حركت جسم تغيير حاصل مي شود. نيروي مضاعف كه در اغلب ورزش ها عبارتند از :نيروهاي رواني ،نيروهاي تغذيه اي و كمك جستن از نيرو هاي طبيعي مختلف از اين نوع اند.
قانون سوم نيوتن
انرژي پتانسيل
اتومبيلي كه در سرا شيبي تپه قرار دارد يا فنر ساعتي كه كوك شده است يا آبي كه پشت يك سد موجود است مثال هايي از اجسامي هستند كه داراي انرژي پتانسيل مي باشند.در ورزش انرژي پتانسيل، نيروي گرانش ،انرژي پتانسيل موجود در عضلات كه از راه مواد غذايي و دارويي تامين مي شود ،انرژي پتانسيل ذخيره شده در سوخت اتومبيل مسابقه و. . . قابل شناسايي هستند.
تمام آنچه که گفته شد گوشه هايي از کاربرد علم فيزيک در ورزش مي باشد که اميدواريم مفيد فايده واقع شده باشد.
منبع: www.mardomsalari.com