אפליקציות ביומכניות לאימון כוח (3) / מנחם לס

(התנצלות: חשבתי שבמאמר אחד אצליח לדבר גם על כמה עקרונות מכניים וגם על האפליקציות לאימון, אבל כמה מהעקרונות הביומכניים לקחו יותר זמן ואורך משחשבתי, ולכן האפליקציות לאימון כוח יוכנס רק ביום ה' כי מחר בבוקר אנחנו חוזרים הביתה מאטלנטה)

אני לא מתכונן לתת כאן קורס לביומכניקה 101, אבל אין אפשרות להסביר כמה מושגים שהשפעתם על צורות וסוגי האימון מכרעת מבלי להסביר את העקרונות הביומכניים עליהם הם מבוססים, ויתרה מכך, כמה חוקים ביומכניים הם חשובים להבנת המאמן, ועליהם מבוססים כמה מסוגי המכשירים העומדים לרשות האתלט.

עד כה כל הדיונים על אימוני כוח של המתעמל לא דנו במקום שהוא פועל, ועל המקום בו נמצא העומס (התנגדות) שעליה הוא צריך לגבור (קונסנטריק), או לתת לעומס לגבור על כוח שריריו (איסנטריק). לכן גם עוד כמה שורות נוסיף מילה אחת לכוח (או נשתמש בה במקום כוח) והיא TORQUE, או מומנט הסיבוב, שבשפת הרחוב נקראת לפעמים 'מנוף'.

בהקשר ביומכני, גוף האדם מרכב מעצמות המחוברות אחת לשנייה עם רצועות ושרירים עם מפרק ביניהם כפי שמראה הציור למטה. זוהי הצורה הקלאסית של שתי עצמות שאחת  זזה כשקודקוד (ציר) התנועה הוא המפרק, ולכן התנועה שהשריר יוצר נקראית תנועה סיבובית (ANGULAR MOTION): השריר מתכווץ ויוצר כוח "E" במקרה הזה. הכוח של השריר שנקרא לו "F" שהוא וקטור, משתנה לכוח האפקטיבי של השריר שהוא "E" שהוא הסינוס או הקוסינוס (תלוי מאיזה צד של הזווית אתה מכלכל את "E" שהוא הכוח האפקטיבי שיש למתעמל להתגבר על העומס R. הכוח האפקטיבי הוא הכוח הפועל ב-90 מעלות לעצם, ואלא אם כן הוא פועל ב-90 מעלות, הוא תמיד קטן מכוח השריר כשככל שזווית החיבור לעצם – INSERTION – קטנה יותר, הכוח האפקטיבי E הוא קטן יותר).

עכשיו מתווספים משתנים נוספים לנוסחה: המרחק בו פועל הכוח "E" מציר המפרק, והמרחק בו נמצא המשקל R מציר המפרק. הכוח האפקטיבי "E" כפול מרחקו מציר התנועה נקרא TORQUE, או במקרה שלנו FORCE TORQUE.  המרחק של ההתנגדות R מציר התנועה נקרא RESISTANCE TORQUE. אם השניים שווים אחד לשני לא תהיה תנועה. אם ה-FT (FORCE TORQUE) גדול מה-RT (RESISTANCE TORQUE) המתאמן יצליח להרים את כדור הפלדה והשריר יתכווץ קונסנטריקלי (CONCENTRIC). אם ה-RT יהיה עליון על FT, השריר ימשיך להתכווץ אבל הזרוע תתיישר כלפי מטה והמשקולת תורד לאט ותוך בקרה והכיווץ יהיה איסנטרי (ECCENTRIC).

ישנן שלוש צורות למנופים בהם פועלים כוח והתנגדות מסביב ציר: נתחיל עם מנוף סוג שלישי, זה שבאילוסטרציה מעל. במנוף סוג שלישי ישנו ציר תנועה (FULCRUM ), ונקודת ה-INSERTION של הכוח הפועל להתגברות על העומס נמצאת קרוב יותר לציר מאשר העומס. זה יוצר מצב בו אנו נדרשים להשקיע יותר כוח ממשקל העומס, ומצב זה נקרא "חיסרון מכני" (MECHANICAL DISADVANTAGE). מנוף סוג שלישי תמיד יוצר חיסרון מכני.

אלוהים – או אבולוציה, TAKE YOUR CHOICE – בראו אותנו שכמעט תמיד נצטרך להשקיע יותר כוח מהמעמס עליו אנחנו מתגברים כי 98% מכל מנופי התנועה בגוף הם מהסוג השלישי, כלומר מפרק, שריר, ורק בסוף ה-LEVER ("זרוע") נמצא העומס, ורק עליהם אדבר בפרוטרוט.

ניתן לומר אם כך שאנוש נוצר למהירות על חשבון הוצאת אנרגיה להתגבר על עומסים. "האדם נוצר למהירות ולא לכוח". בגלל זה יעילות האדם היא בסביבות 30% (עלינו להשקיע פי שלוש אנרגיה מטבולית מהעבודה שאנחנו עושים בהזזת המשקל או המשקולות).

באילוסטרציה הזאת שריר הבייצפס (FORCE) יצטרך להשקיע בערך פי 6-7 כוח מה-R (עומס, משקל) שהוא מניע בגלל שזרוע מנוף הכוח היא בערך ששית או שביעית  מזרוע המשקל. אבל מצד שני כיווץ של בערך  3 ס"מ בשריר יזיז את הזרוע פי 6-7 מרחק, או בערך 20 ס"מ.

 

 

(כאן גם המרחק של ה-"R" לציר נעשה קטן יותר (מרחק מאוזן, או HORIZONTAL) וגם זווית הכיווץ של השריר משתנה, שני שינויים הדורשים חישובים טריגונומטריים די פשוטים)

ברור שעם התנועה זרוע הכוח נשארת תמיד במקומה ואורכה, אבל זווית אפליקציית הכוח משתנה וכן זרוע המשקל משתנה (כי מרחקה מהפלקרום הוא מרחק אנכי (HORIZONTAL) מקו הציר הוורטיקלי אבל זה כבר דורש פתרון טריגונומטרי והוא לא משנה את העקרון התמיד קיים: אנחנו חייה של מנופים סוג שלישי (ולא מאד יעילה בזאת כי אצל הצבי או סוס המרוץ ה-INSERTIONS של השרירים למפרק הם הרבה יותר קרובים מאשר אצל האדם באופן יחסי וסביר להניח שאפילו הרבה יותר מזה אצל חרקים).

אין לנו גוף יעיל, אבל יש לנו גוף מהיר. לדבר יהיו אפליקציות רבות לאימון!

אם כבר התחלתי, אני מרגיש חובה לסיים עם שני סוגי המנופים האחרים:

מנוף מסוג ראשון הוא מנוף בו הציר של הזרוע נמצא בין העומס לבין הכוח האמור להזיזו:

 

 

מנוף מסוג זה יכול לספק יתרון מכני אם הכוח (F) נמצא רחוק יותר מהציר מהמשקל אותו הוא אמור להזיז (התמונה מעל, או תמונת הפלייר, או הפטיש המוציא מסמר):

 

 

 

 

מנוף מסוג ראשון יכול לספק יתרון מכני או חסרון מכני, תלוי במרחק הציר מהכוח וההתנגדות:

 

 

הדוגמא היחידה בגוף של מנוף מסוג ראשון הוא הראש שמרכז כובדו הוא מצד אחד של ציר הצוואר, ושרירי הראש מהצד השני (להורדת הראש אנו כמעט לא זקוקים לשרירים אלה פשוט לתת למשקלו להורידו כששרירי הסטרנו-קליידו מסטאודיסיס מתכווצים איסנטריקלי לפקח על הורדת ראש מבוקרת):

 

 

מנוף סוג שני הוא מנוף בו זרוע הכוח רחוקה מזרוע ההתנגדות, לכן זהו מנוף המספק תמיד יתרון מכני.

 

בגוף האדם ישנו רק מנוף אחד שהוא מנוף סוג שני שתמיד מספק יתרון מכני, וטוב שכך, כי עליו להתגבר על משקל הגוף בכל צעד:

 

ביום חמישי נדסקס את האפליקציות לאימון של כל החומר המשעמם למעלה!

מנחם לס

מנהל הופס. הזקן והוותיק מכולם בצוות. מנסה לכתוב יומית - כל זמן שאוכל!

לפוסט הזה יש 20 תגובות

  3. מנחם לס

    6 פבר 2018 21:33:03

    אם עדיין יש לי את כתובת האימייל שלך, אני אשלח לך משהו שיעניין אותך מאד. עוד שעה – שעתיים אדע אם הכתובת עדיין אצלי

  5. אפלטון

    6 פבר 2018 21:44:04

    תודה מנחם מרתק סדרת הכתבות האלו.
    המשפט שאמרת לגבי זה שבני האדם התפתחו לייעל מהירות על פני כוח הזכירה לי איזו כתבה שקראתי לפני כמה שנים. למה שימפנזות יותר חזקות מבני האדם (משהו כמו פי 4 בחוזק).
    אם אני זוכר נכון דובר שם על ריכוז הנוירונים הגבוה יותר אצל בני האדם בשריר. המוח למעשה מפעיל הרבה יותר מאמץ להפעלת כל שריר מאשר שימפנזות.
    השימפנזות אם אפשר יותר "משוחררות" להפעלת כוח מתפרץ ואילו בני האדם מוגבלים יותר בצד הזה, אך מחפים כעל כך בכישורי מוטוריקה עדינה מורחבים יותר.
    שאלה מעניינת האם ניתן למעשה לייצר מטונוס שרירים דומה, כוח מתפרץ גדול בהרבה, רק מסידור נוירונים שונה, או "קוד הפעלה" אחר, ומה המשמעות של זה לגבי שאר הכישורים המוטורים.

      1. שמחי בן משה

        7 פבר 2018 00:07:30

        או שיהיה בחזרה לכוכב הקופים שבטוח יתיחסו לכדור יפה מאיתנו , או שנמשיך לשלוט והאתלטים יהיו שימפנזות מתקדמות …לברון סטייל…

        1. אפלטון

          7 פבר 2018 00:16:53

          פחות מדבר על הנדסה גנטית ודברים מהסוג הזה, אבל זה די מסתדר עם העדויות שבני אדם במצבי לחץ גדול במיוחד יכולים להגיע לכוח מתפרץ גדול בהרבה מה 100% שלהם. האם אפשר "להערים" על המוח וזה השלב הבא גם בספורט? נראה שהשיאים באתלטיקה לדוגמא מתקרבים לשיא היכולת האנושית, האם דווקא עבודה על המוח ולא על השרירים והסיבולת תפתח כאן מן עוד מדרגה להגדיל את היכולת האנושית הבסיסית?

  6. MBK

    6 פבר 2018 22:03:04

    מנחם אין מילה אחרת מלבד וואו !!!
    אני חושב שכדאי לאגד את סדרת המאמרים הזו לספר אינטרנטי
    התרומה של מאמרים מסוג זה היא פנומנלית
    לפעמים מרוב דיבורים על העכוז של סרינה שוכחים שאתה בעצם דוקטור לביו מכניקה.
    אני חושב שאם הייתי נחשף לזה בגיל צעיר הייתי שוקל ללמוד את התחום ,חבל שלא מלמדים את זה בתיכונים כיחידת בסיס.

  11. שחר

    7 פבר 2018 08:56:04

    תודה, עושה רושם לפי הדוגמה האחרונה שיש יתרון בריצה וקפיצה לכף רגל קטנה יותר, במצב כזה למומנט שהשוק מייצר יש השפעה יותר חזקה מהמומנט הנגדי שהמשקל מייצר באופן יחסי, ככל שכף הרגל מתארכת ההיתרון הזה של מנוף ארוך יותר לעומת העומס קטן. אגב לג'ורדן הייתה מידת נעליים קטנה יחסית של 47, כמעט זהה לשלי ואני נמוך ממנו משמעותית.

    1. גיא הרשע

      7 פבר 2018 09:14:42

      שריר הסובך (תאומים) הוא משתתף פעיל במכניקה של הקפיצה, אבל יש לו חלק קטן יחסית בהשוואה ל-3 השרירים הגדולים האחרים שמשתתפים בפעולה (שריר הירך הארבע ראשי, שרירי מיתר הברך, שריר העכוז הגדול).

      הנקודה שלך בהחלט מעניינת,
      וביומכניקה זה תחום שאני רחוק מלהיות בקיא בו,
      אבל, לדעתי,
      לפחות בכל הנוגע לזינוק, המשמעות של הכוח ששריר הסובך מפעיל ביחס לכף רגל גדולה או קטנה, היא יחסית זניחה.

    2. מנחם לס

      7 פבר 2018 15:51:46

      יש צדק מסויים בדבריך אבל זה תמיד התשלום שיש לשלם כשישנה מהירות זוויתית גדולה בגלל רדיוס קטן לבין איבוד מהירות הליניארית בגלל הרדיוס קטן. לכן יוסיין בולט היה רץ כזה יוצא דופן. במילים אחרות, רדיוס קטן יוצר צהירות זוויתית גדולה (W) אבל פוגע במהירות ה-V

כתיבת תגובה

תגיות:
סגירת תפריט