۵ - طبقه بندی نیروها

یه نیرو یا فشاره یا کشش، یا فلش (بردار) هایی که نشون دهنده قدر، جهت، و نقطه تاثیر و خط تاثیر هستن. ولی نیرو از کجا میاد؟ چجوری بدن رو تحت تاثیر قرار میده؟ منبع نیرو منجر به طبقه بندی نیرو به صورت یا تماسی یا غیر تماسی میشه. همچنین، قدرتش برای تغییر دادن حرکت، منجر به تقسیم بندیش به صورت یا نیروی داخلی یا خارجی تاثیرگذاربر بدن میشه.

نیروهای تماسی و غیر تماسی

یه نیروی تماسی وقتی رخ میده که دو بدن در تماس با هم قرار میگیرن (هنر کردی!!). چندتا مثال:

• نیروی دست شما رو ماوس کامپیوتر
• نیروی قمبل شما روی صندلی
• نیروی بین پا و زمین هنگام راه رفتن
• نیروی راکت هنگام شوت کردن توپ
• نیروی یه ماهیچه هنگام کشیدن استخوان

تو هر کدوم از مثال ها، دو بدن مشخص شدن (دست/ماوس، قمبل/صندلی، پا/زمین، راکت/توپ، استخوان/ماهیچه)، و دو بدن همدیگر را لمس میکنند. پس، اینا نیروی تماسی هستن.

نیروهای تماسی میتونن اندازه های مختلف و جهت های مختلف، نقطه تاثیر و خط تاثیر مختلف داشته باشن.

یه نیروی غیر تماسی وقتی رخ میده که دو بدن در تماس با هم نباشن. کاش همه چیزای مکانیک، به این آسونی بودن.

نیروی غیر تماسی مهم تو بایومکانیک از جاذبه، کشش به سمت پایین زمین روی اشیاء، میاد. جاذبه حتا وقتی بدن روی زمین نباشه هم وجود داره. بپرد بالا، شما با زمین در تماس نیستین، اما همچنان شما رو میکشه پایین. نیروی جاذبه غیرتماسی، سرعت شما رو کم میکنه، متوقفتون میکنه و همونطور که دارید به سمت پایین میاید، سرعتتون رو هم زیاد میکنه (اون موقع است که نیروی تماسی بین شما و زمین، حرکت رو به سمت پایین شما رو قطع میکنه). کشش مشابه وقتی مثلا توپ رو میندازین هوا، رخ میده: جاذبه سرعت توپ رو کم و همونطور که داره میاد پایین، سرعتش رو زیاد میکنه. اسم دیگه نیروی جاذبه، وزن ه ("کشش جاذبه رو حس کنید" رو در ادامه این فصل ببینید)

نیروهای داخلی و خارجی

چرا یه گربه نمیتونه خودشو بکشه تو هوا؟ خود شما چرا نمیتونین خودتونو از صندلی، با کشیدن موهاتون جدا کنین؟ نیروی ها، در فرم کشش، که حاضر هستن (گربه دمش رو میکشه)؟ جوابش تو طبقه بندی یه نیرو به صورت خارجی یا داخلی هست.
نیروی داخلی، بین یا درون بدن مورد آزمون، عمل میکنه. نیروی داخلی حرکت بدن رو تغییر نمیده. گربه رو به عنوان یه کل در نظر بگیرین. پنجه ها و دست هاش رو نادیده بگیرین. پس، کشش پنجه گربه روی دم و کشش دم روی دست، هر دو نسبت به گربه، داخلی هستن. دو تا نیرو روی بخش های مختلف یه بدن مشابه عمل میشه. این دو کشش، هم رو خنثی میکنن وقتی نسبت به کل بدن در نظر گرفته بشن. نیروها، نمیتونن و نمیخوان که حرکت بدن رو به عنوان کل تغییر بدن.
نیروهای داخلی مهمن چون بخش های بدن رو تغییر جهت میدن تا توی ثبات بدن مشارکت کنن. نیروهای داخلی وقتی ما به تاثیر فعالیت بدنی روی تمرین و اسب بافت ها که تو فصل ۱۲ گفته شدن نگاه میکنیم، مهم میشن.
یه نیروی خارجی از بیرون عمل میکنه. یه نیروی خارجی میتونه سبب تغییر حرکت بدن بشه. روی دم تمرکز کنین (یا روی موی خودتون). با تمرکز روی دم، کشش پنجه گربه نسبت به دم، خارجی حساب میشه. کشش پنجه سبب بلند شدن دم میشه، که یه تغییر تو حرکته.
نیروهای خارجی مهمن چون سبب تغییر توی حرکت بدن میشن.مشخص کردن نیروهای خارجی عمل کننده روی بدن، قدم مهمی حساب میشه وقتی داریم به چگونگی تغییر حرکت بدن نگاه میکنیم.
دو تا بدن با هم تعامل میکنن تا یه نیرو درست کنن. اگه دوتا بدن، توی یه بدن خاص باشن، اونا نیروی داخلی هستن. اگه یکی از دو بدن، مورد نظر شما برای آنالیز باشه،نیروی که توی اون از طرف بدن دیگه ست، یه نیروی خارجی حساب میشه. حالا موهاتون رو بکشین و در موردش فکر کنین.
یه شکل بدن آزاد یا (free-body diagram (FBD، یه نقشه بدن زیر بررسی ه که نیروهای خارجی رو نشون میده. (یادتون باشه که بهش میگم نقشه و نه یه نقاشی با جزییات). کشیدن یه FBD مجبورتون میکنه که نیروهای خارجی تاثیر گذار روی یه بدن رو مشخص کنید.
چهار تا قدم برای درست کردن یه FBD لازمه. بزارین یه FBD از یه آدم که وزنش ۶۲۴ نیوتونه که روی زمین ایستاده و به دیوار تکیه داده شده بکشیم (شکل ۸-۴).

شکل ۸-۴: یه آدم که روی یه پا ایستاده و با یه دست به دیوار تکیه داده

۱. بدن تحت بررسی رو به طور دقیق مشخص کنید، و یه شکل ساده بکشید که بیانگر بدن باشه.
تو این مورد، بدنم کل شخصه. پس بدن رو به صورت یه مستطیل با دست و پاهای چوب گونه بکشید. جزییات بدن رو فراموش کنید. فقط بدن تحت بررسی رو بکشید، که از همه چی جداست، نه هیچ دیواری هست و نه هیچ زمینی.
۲. همه نیروهای خارجی عمل کننده بر سیستم رو لیست کنید.
این مرحله آسونه اگه شما نیروهای غیر تماسی و تماسی رو به ترتیب مشخص کنید:

• نیروی غیر تماسی: تنها نیروی غیر تماسی، وزن بدنه که از جاذبه میاد.
• نیروی تماسی: چی بدن رو لمس میکنه؟ بدن رو زمین قرار داره، پس واضحه که یه نیروی تماسی از طرف زمین وارد میشه. شخص، دیوار رو هم داره لمس میکنه، پس یه نیروی تماسی هم از دیوار میاد.

سه تا نیروی خارجی وزن، نیروی زمین، و نیروی دیوار باید روی FBD کشیده بشن.
۳. قدر، جهت و نقطه تاثیر هر کدوم از نیروهای خارجی رو در نظر بگیرین.
شما این سه تا رو دارد:
وزن: قدرش ۶۲۴ نیوتون ه، جهت به سمت پایین، و نقطه تاثیر هم مرکز ثقل شخص (نقطه تاثیر وزن بدن).
با اینکه مرکز ثقل کمی تو مرده و زنا متفاوته، معمولا تو ارتفاع ناف قرار داره (میتونین اطلاعات بیشتر در مورد مرکز سقل رو تو فصل ۸ پیدا کنید.)
نیروی زمین: قدر و جهت نامعلوم هستن (با توجه به اطلاعتی که اینجا داریم)، و نقطه تاثیر هم  پای فرده.
نیروی دیوار: قدر و جهت نامعلوم هستن (با توجه به اطلاعتی که اینجا داریم)، و نقطه تاثیر هم  دست فرده.
۴. بردار های مشخص کننده نیرو روی بدن رو بکشید.
نتیجه نهایی شما باید چیزی شبیه شکل ۹-۴ باشه. همه نیروهای خارجی روی بدن مشخص شدن.

شکل ۹-۴: یه شکل بدن-آزاد شخص سناریو ما

FBD شما نباید هر نیرو رو به طور دقیق نشون بده - کشیدن FBD لازم داره که شما نیروهای خارجی عمل کننده بر بدن رو درست مشخص کنید. تکنیک حل کردن قدر و جهت نیروهای مشخص شده تو FBD رو تو فصل ۶ توضیح دادم.