خلاصه فصل هشتم بیو مکانیک ورزشی
«مکانیک جسم سیال»
جسم سیال Fluid body : به مجموعه‌ی از ملکول ها گفته می شود که به صورت تصادفی و با پیوند های ضعیف نیرو کنار هم قرار می گیرند.
چگالی density چیست؟ جرم جسم در هر واحد حجم است.
*مکانیک سیالات؛ به برسی چگالی ماده می پردازد.
دینامیک سیالات Fluid Dynamics : ابتدا سیال را در حال سکون در نظر می گیریم و برآیند فشار وارده توسط سیال را با توجه به چگالی و عمق سیال محاسبه می کنیم و سپس سیال را در حرکت در نظر می گیریم.
غوطه وری در آب چیست؟ به دست آوردن وضعیت ساکن و حفظ آن در سطح آب.
*غوطه وری در آب؛ برای شنا گران بسیار مهم است و برای شنا گران حرفه ی به عنوان یک برگ برنده است.
*شنا گری که بتواند بهتر در آب غوطه ور شود؛ برای حرکت کردن در آب با مقاومت کمتری مواجه است.
نیروی شناوری Buoyant Force چیست؟ به مجموعه نیرو های عمودی به سمت بالا که از طرف آب بر شنا گر وارد می شوند.
*شناگری که به حالت افقی و غوطه ور در سطح آب است؛ حاصل جمع نیرو های وارده بر آن برابر با صفر است.
*در حالت افقی و غوطه وری در آب و تعادل چند نیرو بر شنا گر وارد می شود؟
1- نیروی وزن شنا گر که به سمت پایین است.
2- نیروی شناوری که به سمت بالا است.
*اگر وزن بدن بیشتر از نیروی شناوری باشد؛ شنا گر در آب فرو می رود و اگر وزن جسم از نیروی شناوری کمتر یا برابر با آن باشد؛ شنا گر در حالت افقی در سطح آب باقی می ماند. «یک جسم زمانی شناور است که حداکثر نیروی شناوری بیشتر یا مساوی وزن جسم باشد»
وزن مخصوص چیست؟ نسبت وزن جسم به وزن آب هم حجم آن را وزن مخصوص می گویند.
* وزن مخصوص چربی 0/8 است.
وزن مخصوص عضله 1 است.
وزن مخصوص استخوان 1 تا 1/5 است.
*فردی که دارای درصد چربی بیشتر است؛ شناوری بیشتری نسبت به دیگران دارد.
*هر چه وزن مخصوص از 1 بالا تر باشد؛ بدن بیشتر در آب فرو می رود.
عوامل موثر بر شناوری را نام ببرید؟
1- حجم هوای داخل شش ها :
مثال : اگر شناگر نفس عمیق بکشد، مقدار زیادی هوا به شش های خود وارد می کند که از این طریق حجم قفسه سینه و حجم بدن خود را زیاد کرده که در معادله وزن مخصوص صورت کسر به دلیل زیاد شدن حجم بدن افزایش می یابد بنابراین وزن مخصوص ورزشکار کم شده و قابلیت شناوری وی افزایش می یابد.
2- زنان در مقایسه با مردان : زنان دارای چربی نسبی بیشتری هستند و وزن مخصوص بدن آنان نسبت به مردان کمتر است و در نتیجه شناوری بیشتری نسبت به مردان دارند.
مرکز شناوری چیست؟ نقطه‌ی که نیروی شناوری از آن گذشته و عمل می کند.
*هر وقت مرکز ثقل بدن شنا گر و مرکز شناوری بر هم منطبق باشند، یا به طور عمودی دریک خط و یکی بالای دیگری قرار گیرد؛ بدن وضعیت افقی خود را در آب حفظ می کند.
*اگر مرکز شناوری با مرکز ثقل منطبق نباشد یا در یک خط عمود بر هم نباشند؛ مرکز شناوری نسبت به مرکز ثقل بدن به سر شناگر نزدیک تر خواهد بود و علت آن است که نیروی شناوری و وزن به شکل یک جفت نیرو عمل می کند و سبب می شود پایین تنه و پا ها به طرف پایین حرکت کنند و به تدریج در اب فرو رفته و به نقطه ی می رسد که در آن وضعیت شناوری و مرکز ثقل بدن در امتداد یک خط عمودی قرار گیرند و ورزشکار به حالت شناور درآید.
*وزن مخصوص یک ماده به صورت مطلق و قطعی نیست؛ و به شتاب گرانش بستگی دارد که با توجه به موقعیت مکانی تغییر پیدا می کند.
*در مکانیک سیالات؛ وزن مخصوص بیانگر، نیروی ناشی از جاذبه بر روی واحد حجم یک سیال است.
جسم داخلی سیال تحت تأثیر چه نیرو هایی قرار دارد؟
1- نیروی کشش یا رانش : مولفه افقی نیرو که در جهت اصلی جریان هوا عمل می کند.
*مثال : شنا گری که در یک رفت و برگشت، به دیواره استخر فشار وارد می کند؛ این نیروی کششی است که از حرکت بیشتر آن و سر خوردن او در آب می کاهد و لزوم دست و پا زدن را برای جلو رفتن شنا گر پدید می آورد.
2- نیروی بالا برنده یا سوق : نیرویی که در جهت قائم نسبت به نیروی کشش عمل می کند. مثل؛ اسکی روی آب
سطح کشش چیست؟ نیروی واکنشی ناشی از وارد کردن نیرو از طرف جسم به هوا را می گویند.
اندازه سطح کشش جسم به چه عواملی بستگی دارد؟
1- سرعت جریان هوا نسبت به جسم
2- سطح برخورد جسم با هوا
3- صاف و هموار بودن جنس
4- نوع محیط سیال درگیر در حرکت
* مربیان قایقرانی، برای کاهش سطح کشش؛ نوع قایق مورد استفاده را
متناسب با سطح برخورد آب در نظر می گیرند یا بدنه قایق های مخصوص مسابقه را واکس می زنند.
هرگاه بدنه قایق زبر و ناهموار باشد؛ در طول مسابقه 2000 متری؛ به اندازه طول سه قایق به ضرر تیم یا نفر مربوطه است.
*جفت های فنری نا هموار بر روی کفش های اسکی؛ برای کاهش نیروی کشش
*در شنا؛ استفاده از شلوار ها، شلوار یشمی در مقایسه با شلوار ابریشمی یا بدون شلوار؛ مقاومت را در اثر سر خوردن روی آب زیاد می کند.
*برای کاهش احتمالی نیرو های کشش؛ به شنا گران توصیه می شود؛ موهای دست و پا و سینه خود را بتراشند.
عوامل موثر بر شکل کشش را نام ببرید؟
1- سطح مقطع جسم که عمود بر جریان هوا می باشد.
مثال : در دوچر خه سواری؛ سوار کاران روی قسمت جلوی فرمان خم شده و بدن خود را جمع می کنند تا از سطح مقطع جلویی و شکل کشش کاسته شود.
مثال : در مسابقه اسکیت سرعت؛ ورزشکاران وضع جسمی خود را طوری که تنه آن ها موازی با زمین و دست هایشان رو به عقب است ایجاد می کنند به طوری که سطح مقطع و شکل کشش کاهش پیدا کند.
2- شکل خارجی یک جسم : اگر شکل یک جسم در جلو کروی و در عقب باریک باشد؛ مقاومت هوا و شکل کشش کاهش پیدا می کند.
مثال : اسکی باز در پایین آمدن از شیب بدن خود را به شکل تخم مرغ در می آورد تا شکل کشش را به حداقل برساند.
مثال : در قایقرانی بادبانی؛ موقعی که جهت جریان باد از پشت سر باشد، تنها نیروی که قایق را به جلو می راند؛ حاصل از سطح کشش است بنابراین هر قدر سطح پشتی قایق و باد بان پهن تر باشد؛ فشار بیشتری به قایق وارد می شود و با سرعت بیشتری رو به جلو می رود.
مثال : در قایقرانی با پارو؛ هر قدر نفوذ پارو در آب محکم تر باشد، نیروی بیشتری تولید می شود و موجب بیشتر جلو رفتن قایق می شود به همین دلیل تیغه های پارو را طوری می سازند که وقتی در اب حرکت کرد شکل کشش بیشتری داشته باشد.
3- صافی و نرمی جسم :
دو عامل اصلی و تعیین کننده برای نوع و شکل لایه جریان هوای محدوده جسم وجود دارد :
الف : تندی جریان هوا.
ب: صافی و نرمی سطح جسم
* موقعی که جریان هوا به سرعت بحرانی برسد؛ لایه محدوده هوا به صورت گرد باد در می آید و از شکل کشش به طور موثر می می کاهد.
*اندازه سرعت بحرانی موقعی که سطح جسم صاف و نرم باشد؛ بیشتر از موقعی است که خشن و زبر باشد.
مثال :در بازی گلف؛ توپ های کار کرده در مقایسه با توپ های نو به مسافت دور تری می روند. و به همین منظور بر روی توپ های گلف فرو رفتگی های کوچک روی آن ایجاد می کنند تا شکل کشش را کاهش دهند و برد توپ را بهتر کنند.
کشش موج چیست؟ زمانیست که شنا گر به سطح آب آمده و شنا می کند، که نه کاملا در هوا و نه کاملا در آب است بلکه در داخل د محیط سیال عمل می کند در ان حالت شنا گر علاوه بر نیرو های سطح و شکل تحت ثاثیر کشش سومی قرار می گیرد که به آن کشش موج می گویند.
*در کشش موج؛ جسم در حرکت خود از یک محیط به محیط دیگر تولید موج کرده که واکنش آن همان کشش است.
*مقاومتی که کشش موج ایجاد می کند؛ از مقاومت شکل و سطح کشش بیشتر است.
با فرو رفتن در اب نیروی مربوط به سطح و شکل کشش زیاد می شود
اما در مقابل کاهش نیروی مربطو به کشش موج آنقدر زیاد است که نتنها جبران آن کرده بلکه بیشتر از آنچه از دست داده بود را نیز به دست می آورد.
*موقعی که شنا گر در حال انجام استارت شنا است و در جهت افقی حرکت می کند تا خود را به سطح آب برساند؛ تحت تاثیر نیرو های شکل و سطح کشش که توسط هوا بر او وارد می شود قرار می گیرد.
*زمانی که شنا گر وارد آب شود؛ تحت تاثیر نیروی شکل و سطح کشش آب قرار می گیرد.
نیروی بالا برنده : وقتی زاویه بین جریان هوا و جسم 90 درجه باشد؛ نیروی بالا برنده بسیار ناچیز یا صفر است.
و هنگامی که زاویه حمله 27 یا 28 در جه باشد نیروی بالا برنده حداکثر نیروی خود را دارد.
مثال؛ در اسکی روی آب؛ برای بالا رفتن و روی سطح آب قرار گرفتن از نیروی بالا رونده استفاده می شود.
مثال : پرتاب کنند گان دیسک و نیزه سعی می کنند تا وسیله ورزشی خود را طوری پرتاب کنند که با حداقل نیروی کشش مواجه شوند درنتیجه از سرعت حرکت خود به تدریج بکاهند و از سرعت بالا برنده بیشتر استفاده کنند؛ طوری که وسیله ورزشیدر هوا حفظ شده و طول مدت پرواز را زیاد کند.
زاویه حمله چیست؟ جهت صفحه یک جسم با جریان هوا را می گویند.
*بهترین زاویه حمله 10 درجه می باشد؛ که نسبت نیروی بالا برنده بر نیروی کشش به حداکثر می رسد.
رابطه ی فشار با عمق :
*در اتمسفر همزمان با افزایش ارتفاع؛ فشار هوا کاهش می یابد.
*فشار در مایعات فقط بستگی به عمق دارد، و هرچه پایین تر و به عمق برویم فشار بیشتر می شود.
قانون پاسکال چیست؟ تغییری که روی فشار سطح حاصل می شود به تمام نقاط درون مایع و به دیواره های آن وارد می شود.
