۴/۰ - تغییر حرکت: نیرو

تو زبان روزمره، کلمه نیرو رو زیاد میشنوین. بچه ها ادعا میکنن که به زور وادار به نوشتن تکلیفشون هستن. قدرت بحس شما منو قانع کرد که ادعای شما درسته. اما تو بیومکانیک، نیرو، معنی دقیقی داره، و چسبیدن به این مطلب، فهم مکانیک رو راحت تر میکنه.

این فصل رو با مفهوم مکانیکی نیرو شروع میکنم. بهتون نشون میدم که چجوری با ابزار های مسلس قائم الزاویه، روی نیرو کار کنید. بعدش نیرو رو به صورت تماسی و غیر تماسی، داخلی و خارجی طبقه بندی میکنیم. نیروهای مهم گرانش و اصطکاک را تعریف می کنم. این فصل، ابزار های اولیه مورد نیاز شما برای فهم اینکه چجوری نیرو و حرکت به هم ربط دارن، ارایه میده.

بخش ۲ - کینه ماتیک خطی

در این بخش...

• استفاده از قوانین نیوتون برای نشان دادن اینکه چگونه نیروها سبب حرکت میشوند.
• آشنایی با گرانش و اصطکاک.
• محاسبه نیروی خالص روی بدن.
• استفاده از قوانین نیوتون از طریق رابطه ضربه-مومنتوم.
• کشف رابطه بین کار، انرژی، و توان.

۳/۱۴ - استفاده از سیستم عصبی ماهیچه ای اسکلتی برای حرکت

قسمت "بیو" در بیومکانیک اشاره به بدن زنده داره. بدن انسان، نقطه تمرکز بیومکانیک تو این بلاگه، و سیستم اصلی بدن که حرکت تو تحت تاثیر قرار میده، سیستم عصبی ماهیچه ای اسکلتی (NMS) هست که در واقع از سه قسمت تشکیل شده. سیستم های عصبی (نورو)، ماهیچه ای (ماسکولو)، و اسکلتی در بخش های مختلف گنجانده شدن. 

۳/۱۳ - سر و کار با واحد های اندازه گیری

چیز ها رو با واحد های مناسب اندازه میگیرن. آسون ترین واحد ها از سیستم استاندارد واحد ها (SI) که یه سری واحد استاندارد شده بر اساس سیستم متریک هستن، میان. به این خاطر آسونه چون سیستم متریک بر اساس مضرب ۱۰ هست. SI تو بیشتر جاهای دنیا استفاده میشه و بالاخص در علومی مثل بیومکانیک.

واحد های اصلی برای طول، زمان، و جرم استفاده میشن. بقیه واحد ها، ترکیبینی از اینها و بر اساس چیزی هستن که اندازه گرفته میشن. وقتی واحد های مختلف ترکیب میشن، واحد های جدید تقریبا تهدید آمیز میشن. مثلا، نیرو، ترکیبی از جرم، طول، و زمانه و واحدش هم kg.m/s/s هست. برای ساده شدن گزارش دادن و به افتخار سر ایساک، واحد نیرو، نیوتون نام داره (1N = 1kg.m/s/s). جدول ۱-۳ واحد های اولیه در سیستم SI رو برای طول، زمان، و جرم نشون میده. همچننین، واحد های مشتق برای مقادیری که تو بیومکانیک زیاد استفاده میشن رو هم نشون میده.

نشانه	واحد	مقیاس
M	متر	طول
S	ثانیه	زمان
Kg	کیلوگرم	جرم
N	نیوتون	نیرو
° یا rad	درجه یا رادیان	زاویه
m/s	متر بر ثانیه	اسپید و سرعت خطی
°/s	درجه بر ثانیه	اسپید و سرعت زاویه ای
m/s/s یا m/s2	متر بر ثانیه بر ثانیه	شتاب خطی
°/s/s یا  rad/s/s	درجه بر ثانیه بر ثانیه یا رادیان بر ثانیه بر ثانیه	شتاب زاویه ای
kg · m/s	کیلوگرم متر بر ثانیه	مومنتوم
N · s	نیوتون ثانیه	ضربه
J	ژول (نیوتون متر)	کار و انرژی
W	وات (نیوتون متر بر ثانیه)	توان
Nm	نیوتون متر	تورک و لحظه نیرو
kg · m2	کیلوگرم متر۲	لحظه اینرسی (l)
σ	نیوتون بر متر۲	استرس نرمال
τ	نیوتون بر متر۲	استرس برشی

جدول ۱-۳: واحد های اصلی در بیومکانیک 

۳/۱۲ - تبدیل نیرو به تورک

اثر چرخشی یه نیرو و تمایلش برای چرخوندن یه بدن، تورک نامیده میشه. تورک وقتی ایجاد میشه که یه نیروی خارجی به یه بدن اعمال میشه و خط اثر نیرو از محوری که بدن رو میچرخونه، نمیگذره.

مقدار اثرچرخشی بسته به قدر و جهت نیرو بازوی لحظه (moment arm; MA) داره. فرمولش هم تورک مساوی نیرو ضرب در بازوی لحظه است، T = F × MA. بازوی لحظه، فاصله عمودی از خط اثرنیرو تا محور چرخش رو اندازه میگیره. یه MA درازتر، اثر چرخشی نیرو رو افزایش میده. تورک و بازوی لحظه رو تو فصل ۸ توضیح میدم.

به مقاومت در برابر چرخش بدن، مومان اینرسی (moment of inertia; l) میگن. لحظه اینرسی نه تنها بستگی به جرم بدن داره، بلکه بستگی به چگونگی توزیع ماده اطراف محور چرخش هم بستگی داره. در واقع، پراکندگی ماده اثرش بیشتر از خود جرم ماده ست. همون طور که تو فرمول لحظه اینرسی هم معلومه، I = mr². تو فصل ۱۰، بهتون نشون میدم که چجوری یه اجرا کننده میتونه لحظه اینرسی بدن رو دستکاری کنه تا چرخشش رو تحت تاثیر قرار بده.