۰ - مسبب حرکت زاویه ای: کینه تیک زاویه ای

در این فصل

• مشخص کردن لحظه اینرسی
• کار با مومنتوم زاویه ای
• اعمال قوانین سه گانه نیوتون در حرکت زاویه ای
• ربط دادن ضربه زاویه ای و مومنتوم زاویه ای

گشتاور، تاثیر چرخشی یه نیروه، و وقتی درست میشه که یه نیروی خارجی، در یه محور چرخش اعمال بشه. بیشتر حرکت از بخش های فردی بدن که در مفاصل میچرخن، درست شده. دونستن اینکه گشتاور، سبب چرخش میشه فهم اینکه چجوری گشتاور، چرخش رو تحت تاثیر قرار میده، برای بهبود اجرا و کاهش ریسک آسیب، مهمه.

این فصل با توضیح لحظه اینرسی، عبارتی که برای مشخص کردن مقاومت یه بدن برای تغییر حرکت زاویه ای استفاده میشه، شروع میشه. بعدش، مومنتوم زاویه ای رو به عنوان محصول لحظه اینرسی بدن و سرعت زاویه ایش توضیح میدم و نشون میدم که چجوری دست کاری لحظه اینرسی یه بدن، سرعت زاویه ایش رو حتا در غیاب یه گشتاور خارجی، تحت تاثیر قرار میده. قوانین حرکت نیوتون، که به عنوان منبع حرکت خطی در فصل ۶ توضیح دادم، برای درک بهتر چگونگی کارکرد گشتاور در چرخش یه بدن، هم نشون داده شدن. در آخر، نشون میدم که چجوری یه گشتاور اعمال شده برای یه بازه زمانی، مومنتوم زاویه ای یه بدن رو با نسخه زاویه ای رابطه تکانه-مومنتوم، تحت تاثیر قرار میده.

۵ - ربط دادن حرکت زاویه ای به حرکت خطی

برای پرتاب یه توپ، حرکات زاویه ای هماهنگ شده بخش های بدن، برای افزایش سرعت دستی که توپ را نگه داشته، استفاده میشود. در رهایش، توپ به پرتابه تبدیل میشه و مسیرش در هوا با کینه ماتیک خطی شرح داده میشه (فصل ۵ رو ببینید). رابطه بین حرکت زاویه ای و خطی توضیح میده که چجوری چرخش، سرعت خطی رو افزایش و منجر به موفقیت در همه فعالیت های پرتابی و ضربه ای (بیسبال، سافتبال، فوتبال) و در فعالیت هایی که یه آلت (کلاب، چوب، یا راکت) چرخیده  تا به یه هدف (توپ گلف، یا بیسبال) ضربه بزنه، میشه. این بخش روابط بین کینه ماتیک خطی و زاویه ای، که با جابجایی شروع، با سرعت ادامه، و با شتاب تموم میشه، رو توضیح میده. 

این بخش اندازه گیری های کینه ماتیک زاویه ای و خطی رو به هم ربط میده. فصل ۵ اسپید خطی، سرعت خطی، و شتاب خطی رو با جزییات توضیح میده، و موضوع حرکت پرتابه ای رو هم پوشش میده.

۴ - افزایش و کاهش سرعت: شتاب زاویه ای

شتاب زاویه ای، نرخ تغییرات سرعت زاویه ای با احترام به زمانه. سمبل شتاب زاویه ای حرف یونانی α (آلفا)ست. برای محاسبه شتاب زاویه ای، تغییرات سرعت زاویه ای (Δω) یه بدن، بر زمانی که طول کشیده تا تغییرات صورت زاویه ای رخ بده (Δt)، تقسیم میشه یا به صورت فرمول α مساوی Δω برΔt.

Δω که به صورت ωf منهای ωi محاسبه میشه، تغییر سرعت زاویه ای در دوره مورد مطالعه ست.Δt که به صورت tf منهای ti (بخونید زمان نهایی منهای زمان آغاز)، زمان رفته بین آغاز و انتهای دوره مورد مطالعه ست.

واحد شتاب زاویه ای همون واحد های سرعت زاویه ای (º/s یا رادیان/ثانیه یا rev/s) تقسیم بر واحد زمان (ثانیه) یا درجه بر ثانیه بر ثانیه (º/s/s) یا در بر ثانیه بر ثانیه (rev/s/s) ست.

۳- تشریح اینکه یه بدن چقدر سریع میچرخه

اینکه یه بدن چقدر سریع بچرخه، عامل اساسی در اجراست. عموما، اجرای بهتر با چرخش های سریع تر مشخص میشه. عمل تند در مفاصل مچ، زانو و ران، اندازه نیروی اعمال شده بر زمین حین قدم برداشتن رو تحت تاثیر قرار میده. عمل سریع مفصلی حین یه پرتاب یا چرخش، تندی پرتاب توپ یا چرخش راکت بیسبال رو تحت تاثیر قرار میده. چرخش یا پیچش سریعتر مشخص میکنه که یه شیرجه زن یا ژیمناست، فن مورد نظر رو تکمیل میکنه یا نه. تو این بخش، طریقه محاسبه تندی چرخش یه بدن رو توضیح میدم.

۲- تشریح اینکه یه بدن تا کجا میچرخه

وقتی یه بدن میچرخه، همه نقاط روی بدن به یه اندازه درجه (یا رادیان) در موقعیت زاویه ای، حین چرخش، تغییر میکنن. ما از روش مشابه برای اندازه گیری تغییر زاویه ای در موقعیت، خواسته موقع اندازه گیری چرخش یه زاویه نسبی، مطلق، یا کل یه بدن (مثل زمانی که یه شیرجه زن تو هوا شیرجه میزنه) استفاده میکنیم. تو این بخش، توضیح میدم که چجوری محاسبه و تشریح کنیم که یه بدن تا کجا میچرخه که شامل هم مسافت زاویه ای و جابجایی زاویه ای مفید تر میشه.

۱ - اندازه گیری موقعیت زاویه ای

سمت چپ شکل ۱-۹ نشون میده که وقتی دو خط با هم برخورد میکنن، یه زاویه تشکیل میشه. زاویه ایجادی بوسیله حرف یونانی θ (تتا) نمایش داده میشه. یه زاویه همچنین میتونه از یه دونه خط و یه صفحه مرجع، همونطور که در سمت راست شکل ۱-۹ نشون داده شده، تشکیل بشه.

۰ - زاویه کاری در چرخش: کینه ماتیک زاویه ای

در این فصل

• اندازه گیری و تعریف زاویه ها
• تعریف چرخش: چقدر دور، چقدر تند، چقدر سازگار
• ربط دهی حرکت زاویه ای به حرکت خطی

کینه ماتیک زاویه ای شاخه ای از مکانیکه که به تشریح یه بدن چرخنده میپردازه که شامل نوسان، چرخش، و پیچش میشه. تمرکز آنالیز، یه بدنه و بدن میتونه یه آلت (مثل چوب بیسبال)، کل بدن انسان (مثل ژیمناستی  که پشتک میزنه)، یه بخش فردی (مثل حرکت دست حین ضربه گلف)، یا دو بخش که نسبت به هم حرکت میکنن (مثل حرکت در زانو بین ران و ساق پا، حین دو).

این فصل عبارات مورد استفاده در کینه ماتیک زاویه ای رو برای توضیح چقدر دور، چقدر تند، و چقدر سازگار (سرعت گیری یا کاهش سرعت) بدن در حال چرخش، توضیح میده. چون همه حرکت های انسانی بوسیله چرخش هماهنگ شده بخش های فردی ایجاد میشن، من همچنین اهمیت رابطه بین حرکت زاویه ای و خطی رو هم میگم.

۴ - مشخص کردن مرکز ثقل یه بدن

مرکز ثقل به صورت نقطه تاثیر وزن یه بدن تعریف میشه. بعضی وقتا مرکز جرم هم نامیده میشه و این دو عبارت جای هم هم استفاده میشن. موقعیت مرکز ثقل برای بدنی که از یه ماده ساخته شده، به راحتی قابل تشخیصه، مثل یه تخته چوب. مرکز ثقل معمولا در مرکز جسم فیزیکه. با این حال، چون بدن انسان از مواد مختلف که به صورت نابرابر در بخش های ناهمگون، توزیع شدن، تشکیل شده، مرکز ثقل در مرکز بدن انسان نیست. در حال استراحت و در حالت آناتومیکی، مرکز ثقل بدن انسان کمی پایین تر از ناف قرار داره. این موقعیت تقریبا ۵۵ درصد ارتفاع شخص از سطح زمینه. مفهوم تعادل برای مشخص کردن این موقعیت استفاده ش. با شکل ۷-۸ توضیح میدم.

۳ - توسعه تعادل: نیروها و گشتاور های متعادل

تعادل یعنی متعادل بودن. تو مکانیک، یه بدن وقتی در تعادله که هیچ نیرو یا گشتاور نامتعادلی روی بدن عمل نکنه. مجموع نیروها در همه جهات صفره و مجموع همه گشتاور ها هول همه محور ها صفره. ریاضی وار، ΣFdirection = ۰ و ΣTAxis = ۰. برای تعادل، ΣF = ۰ در همه جهاته (عمودی، انترو-پوستریور، و مدیال-لترال) و ΣT = ۰ دور همه محورهای ممکنه. من فقط به نیرو در یه جهت (عمودی) و گشتاور دور یه محور مدل لینک-بخش نگاه میکنم.

۲ - اندازه گیری گشتاور

در بخش های بعدی، از یه مدل بخش-رابط شامل بازو و ترکیبی از ساعد و دست برای نشون دادن ترک ایجاد شده در مفصل آرنج بوسیله FM ماهیچه ها در روبروی (سطح جلویی) مفصل آرنج استفاده میکنم. بعدش گشتاور های ایجاد شده بوسیله وزن ساعد/دست و یه شی حمل شده در دست رو نشون میدم. اول، با نگاه به ماهیچه به عنوان تولید کننده گشتاور شروع میکنم.

۱ - تعریف گشتاور

گشتاور، تاثیر چرخشی یه نیرو ه، یا تمایل یه نیرو برای ایجاد چرخش. بازویی که آرنج رو میچرخونه و یا نقطه چرخش یه رقاص باله، هر دو مثال هایی از گشتاور عمل کننده روی یه بدن هستن. یه نیروی نامتعادل تمایل داره که حرکت خطی یه بدن رو تحت تاثیر قرار بده. یه نیروی نامتعادل بوسیله درنظرگیری مقدار و جهت نیروهای عمل کننده در یه جهت خاص روی یه بدن، مشخص میشه. خط تاثیر یه نیرو، ویژگی مهم در مشخص کردن تاثیر یه نیرو روی یه بدنه. خط تاثیر یه نیرو به صورت خطی منقطع که در امتداد بردار نیرو در هر دو جهته، نشون داده میشه. یه نیروی عمل کننده روی یه بدن به صورت سنتریک یا اسنتریک، بسته به اینکه خط تاثیر نیرو از میان یا کنار یه محور خاص رد میشه یا نه، مشخص میشه.

۰ - پیچش و چرخش: گشتاور و تکانه نیرو

در این بخش

• گشتاور چیست؟
• محاسبه گشتاور 
• درنظرگیری تعادل
• مشخص کردن مرکز تعادل یه بدن

تغییر در حرکت خطی یه بدن، ناشی از نیروهای نامتعادله. تغییر در حرکت زاویه ای یه بدن، ناشی از گشتاورهای نامتعادله. گشتاور, تاثیر چرخشی یه نیروه که سبب چرخش میشه. چهار ویژگی نیرو عبارت اند از مقدار، جهت، نقطه تاثیر، و خط تاثیر (فصل ۴ رو ببینید). خط تاثیر یه نیرو، ویژگی مهم در توضیح تاثیر چرخشی یه نیروه. خط تاثیر، امتداد بردار نمایانگر نیرو در هر دو جهته. محل خط تاثیر یه نیرو، نسبت به یه محور خاص، مشخص کننده اینه که یه نیرو تمایل داره که یه تغییر رو در چرخش یه بدن ایجاد کنه.
فصل با توضیح مفهوم مکانیکی گشتاور، تاثیر چرخشی یه نیرو، شروع میشه. نشون میدم که چجوری تاثیر چرخشی یه نیرو در محور خاص، بوسیله خط تاثیر نیرو نسبت به محور خاص، تحت تاثیر قرار میگیره. بعدش توضیح میدم که چجوری یه مدل بخش-رابط بدن انسان، آناتومی پیچیده بدن انسان رو برای توضیح اینکه چجوری یه نیرو سبب چرخش یه بخش میشه، ساده میکنه. با استفاده از مدل بخش-رابط نشون میدم که چجوری ماهیچه به عنوان تولید کننده گشتاور عمل میکنه و چجوری بقیه نیروهای تولید شده یه گشتاور بارگیری شده رو درست میکنن. تعادل رو به عنوان یه حالت نبود نیروی نامتعادل یا گشتاور نامتعادل عمل کننده روی بدن، توضیح میدم. در آخر، از حالت تعادل برای مشخص کردن مرکز تعادل بدن انسان، استفاده میکنم. این فصل یه خلاصه از چگونگی ایجاد گشتاور در یه محور بوسیله نیروست.

بخش ۳ - جستجو در مکانیک زاویه ای

در این بخش...

• گشتاور را به عنوان محصول نیرو و یک بازوی تکانه حساب میکنیم.
• مقادیر کینه ماتیک زاویه ای و رابطه شان با کینه ماتیک خطی را بررسی میکنیم.
• یک مدل بخش-مرتبط بدن انسان، برای نشان دادن چگونگی تولید گشتاور، توسط ماهیچه در یک مفصل را اعمال میکنیم.
• لحظه اینرسی برای چرخش سریع تر یا آهسته تر، دستکاری میکنیم.
• میبینیم که چگونه مکانیک سیالات توضیح میده که چرا یه توپ تو هوا منحنی میشه.

۵ - رابطه کار-انرژی

همونطور که تعریفش میگه، کار و انرژی به هم ربط دارن. کار به صورت Fp (نیرو ضرب در جابجایی) تعریف میشه و انرژی به صورت ظرفیت یه بدن برای انجام کار، تعریف میشه. رابطه کار-انرژی، همونطور که از اسمش پیداست، به مقدار آر انجام شده روی یه بدن بر تغییر انرژی مکانیکی کل، بستگی داره. انرژی مکانیکی، فرمی از انرژی ه و همه سه شکل انرژی مکانیکی در بایومکانیک، مهم هستن: کینتیک (KE)، انرژی پتانسیل جاذبه ای (GPE)، و انرژی کششی (SE). رابطه کار-انرژی تایید میکنه که انرژی مکانیکی در یه بدن زمانی تغییر میکنه که کار اعمال شده بر بدن، توسط نیروی خارجی غیر از جاذبه انجام بشه.

۴ - توان بخشی به اجرای بهتر

توان مکانیکی به صورت نرخ انجام کار، تعریف میشه. اجرا نه تنها به توان ایجاد کلی کار (Fp) بستگی داره، بلکه همچنین به توانایی سریع کار هم وابسته ست. توان، مقدار مهمی در بایومکانیک و اجراست. ریاضی وار، توان مساوی کار تقسیم بر Δt که توش Δt، بازه زمانیه که توش کار تولید میشه. بازه زمانی Δt به صورت t_f-t_i حساب میشه (به صورت زمان نهایی منهای زمان شروع، بخونید) که t_f زمان انتهایی بازه ست و t_i زمان آغاز بازه. تقسیم کار بر بازه زمانی، نرخ انجام کار رو اندازه میگیره که همون تعریف توانه. واحد توان، ژول بر ثانیه (J/s) ست، که بیان گر واحد نیرو، ژول ، تقسیم بر واحد زمان، ثانیه ست. اما چون گفتن ژول بر ثانیه، دهن پر کنه، واحد استفاده شده برای توان، وات ه: وات مساوی ۱ ژول بر ثانیه از توانه. غالبا، بازه زمانی اجرای کار گفته میشه، مثلا، کار در ۰/۲۵ ثانیه انجام شد. در این مثال، بازه زمانی گفته شده، Δt ه و میشه تو فرمول محاسبه توان استفاده بشه.

۳ - حفظ انرژی مکانیکی

یه اصل برجسته کهکشان، اینه که انرژی جدیدی تولید نمیشه. به عبارت دیگر، انرژی حفظ میشه، و فقط میتونه از ی شکل، به شکل دیگه در بیاد.  انرژی میتونه به انرژی های مکانیکی، شیمیایی، گرمایی، صدا، و پتانسیل تبدیل بشه، اما جمع همه شکل های انرژی، یکی باقی میمونه. در بایومکانیک، حفظ انرژی مکانیکی کل (کل انرژی مکانیکی مساوی TME مساوی KE + GPE) مورد نظره. از مثال ژیمناست ۴۰ کیلوئی که صاف به بالا پرید و صاف میاد پایین، برای توضیح حفظ انرژی مکانیکی استفاده میکنم.

۲ - حرکت با انرژی

انرژی مکانیکی به صورت ظرفیت یه بدن برای انجام کار، تعریف میشه. واحد انرژی ژول ه. تو بایومکانیک، دو نوع انرژی مکانیکی، جلب توجه میکنن:

انرژی کینه تیکی: که توی یه بدن در حال حرکت وجود داره. اگه یه توپ بولینگ بیوفته روی پاتون، انرژی جرم در حال حرکت، تاثیرش رو روی پاتون میگذاره (کارش رو هنگام فرود روی پای شما میگذاره).

انرژی پتانسیل: که به خطه موقعیت یا تغییر شکل یه بدن، توش وجود داره. یه توپ بولینگ در حال استراحت روی پا، تاثیر زیادی نداره، اما وقتی در یه ارتفاعی نگه داشته میشه، اون موقع پتانسیل اینو داره که اگه رها بشه، حرکت کنه. نگه داشتن یه کش بین دو دست و رها کردنش، سبب درد نمیشه، اما اگه کشیده بشه و رها بشه، بر میگرده و انگشت ها رو اذیت میکنه.

تو این بخش انرژی کینه تیک و دو شکل از انرژی پتانسیل رو توضیح میدم.

۱ - کار با نیرو

وقتی یه نیروی خارجی روی یه بدن اعمال میشه و بدن حرکت میکنه، کار مکانیکی انجام میشه. کار به صورت حاصلضرب یه نیروی خارجی و جابجایی بدن، تعریف میشه. ریاضی وار، کار مساوی نیرو (F) در جابجایی (p) هست، یا کار مساوی Fp. واحد کار، نیوتون-متره (Nm) که نشون دهنده واحد نیرو یا نیوتون (N) ضرب در واحد جابجایی یا متر (m)ه. اما چون واحد Nm، واحد گشتاور (تاثیر چرخشی یه نیرو، فصل ۸ رو ببینید) هم هست، واحدی که برای توصیف کار استفاده میشه، ژول نام داره: ۱ ژول مساوی یک Nm کار.

۰ - نگاه به نیرو و حرکت به صورت دیگر: کار، انرژی، و توان

یه نیرو، یه کشش یا یه فشاره که توسط یه بدن روی بدن دیگری اعمال میشه. قوانین حرکت نیوتون (که تو فصل ۶ توضیح داده شدن)، یه راه برای توضیح تاثیر یه نیرو روی یه بدن ارایه میدن. راه دیگر نگاه به نیروی عمل کننده روی یه بدن، ایده کار، انرژی و توانه. این سه عبارت رو تو زندگی روزمره به شکل حال مختلف استفاده میکنن: "کلی کار دارم که باید انجام بدم" یا "کار بیشتر وقتمو میگیره" یا "حسابی کار کرد تا سر وقت تموم کنه" یا "این پارتی از اون رخداد های با انرژی ه" یا "خونه من زیاد انرژی مصرف میکنه" یا "کلی انرژی مصرف کردم تا روی مشکل فکر کنم" و "توان افراد"، "توان عشق" یا "با تمام توان میرونه". با این که معنی این عبارت ها در زندگی روزانه چندان دور از معنیشون تو مکانیک نیستن، فهم معنی مکانیک هر عبارت، ضروریه.

تو این فصل، با تعریف مکانیکی کار شروع میکنم. عبارت انرژی رو به صورت ظرفیت یه بدن برای کار، و توان رو به صورت میزانی که کار توش انجام شده میگم. همچنین انرژی مکانیکی و رابطه کار-انرژی رو برای توضیح حرکت بدن ها میگم.

۶ - اعمال رابطه ضربه-مومنتوم برای آنالیز حرکت

همه اجرا رو میشه بر اساس رابطه ضربه-مومنتوم آنالیز کرد. همه نیروهای خارجی روی یه بدن، برای یه بازه زمانی اعمال میشن. حرکت بدن، هرچقدر تند و در هر جهتی که بعد از اعمال نیروی خارجی میره، همون چیزیه که یه مربی میبینه و ارزیابی میکنه. موقع شوت کردن توپ بسکتبال، بازیکن ضربه رو به بال اعمال میکنه و سعی میکنه که توپ به اندازه کافی تند و در جهت مناسب بره. ضربه از طرف زمین، ضربه رو به بالای بازیکن رو موقع پریدن به هوا، زیاد میکنه و ضربه زمین، ضربه رو به پایین بازیکن در حال فرود و کم میکنه. وقتی یه گلف باز به توپ ضربه میزنه، ضربه اعمال شده به توپ توسط کلاب، ضربه توپ رو تغییر میده تا با سرعت مناسب حرکت کنه.

۵ - مشتق شدن رابطه ضربه-حرکت از قانون شتاب

قانون دوم نیوتون برای توضیح شتاب یه بدن در کسری از زمان، مفیده. اما اجرا، فقط در مورد "کسری" از زمان ها نیست، و در مورد شتاب هم نیست. وقتی بدنا با هم تعامل میکنن، مثل یه توپ بیس بال که به راکت میخوره، یا بازیکنی که فرود میاد و دوباره میپره هوا، نیروهای مساوی و خلاف جهت، در کل زمان، دارن اعمال میشن، و سرعت هر بدن، در همه این زمان ها، تحت تاثیر نیرو هاست، و ممکنه وقتی نیرو دیگه اعمال نشه، سرعت متفاوتی داشته باشه. میتونم قانون دوم نیوتون، ΣF = ma رو دوباره بنویسم تا نشون بدم که چجوری، هنگام اعمال یه نیروی نامتعادل در یه بازه زمانی، سرعت بدن تحت تاثیر قرار میگیره. من فرمول شتاب، a مساوی(V_f منهای V_i) تقسیم بر  Δt رو توی ΣF = ma میگذارم.  فرمول میشه ΣF مساوی m ضرب در ((V_f منهای V_i) تقسیم بر  Δt).

حالا هر دو سرعت رو در m ضرب کنید که میشه: ΣF مساوی (mV_f منهای mV_i) تقسیم بر Δt. 

با تقسیم کردن هر دو بخش به Δt داریم: ΣFΔt مساوی mV_f منهای mV_i
این فرمول، رابطه ضربه-مومنتوم ه. سمت راست فرمول فرمول، ΣFΔt، مقدار مهمیه که اسمش ضربه (impulse) ست. ضربه، حاصلضرب نیرو در طول زمانی که اعمال میشه ست. واحد ضربه، نیوتون در ثانیه، یا N.s (واحد های نیرو ضرب در واحد های زمان). مومنتوم، که تو فصل ۵ توضیح داده شد، حاصل جرم بدن در سرعتشه. واحد مومنتوم، کیلوگرم در متر بر ثانیه، یا kg.m/s (واحد های جرم در واحد های سرعت)ست. سمت چپ فرمول، mV_f منهای mV_i، (به صورت مومنتوم نهایی منهای مومنتوم اولیه بخونین)، تغییرات مومنتوم یه بدن رو توضیح میده. این فرمول نشون میده که ضربه اعمالی میتونه مومنتوم بدن رو، در طول یه بازه زمانی، کم و زیاد کنه.

۴ - قانون دوم نیوتون: قانون شتاب

قانون دوم نیوتون، خدای مکانیکه. این قانون میگه که یه نیروی نامتعادل چه تاثیری روی حرکت یه بدن داره:

یه نیروی نامتعادل اعمال شده روی یه بدن سبب شتاب گرفتن بدن، با مقداری متناسب با نیروی نامتعادل و در جهت نیروی نامتعادل و به صورت برعکس متناسب با جرم بدن میشه.

به صورت ریاضی، این قانون به صورت F = ma دیده میشه، اما این فرمول، شکل خیلی ساده ای از قانونه. قانون دوم نیوتون رو میشه به بخش های مختلف تقسیم کرد که منجر به بیانیه ریاضی وار بهتری از قانون میشه، مثل این:

یه نیروی نامتعادل اعمال شده بر یه بدن سبب شتاب گرفتن بدن میشه...: چیز جدیدی اینجا نیست - این بازگویی قانون اول نیوتونه. تو مکانیک، شتاب یعنی "تند رفتن یا کند رفتن در یه جهت خاص،" یه تغییر در حرکت یه بدن.

... با یه مقدار متناسب با نیروی نامتعادل ...: نیروی نامتعادل بزرگتر سبب تغییر بزرگتر حرکت میشه، و نیروی نامتعادل کوچکتر سبب تغییر کوچکتر.

... در جهت نیروی نامتعادل ...: اگه نیروی نامتعادل تو جهت مثبت باشه، شتاب هم تو جهت مثبته و برعکس. جهت نیروی نامتعادل و جهت شتاب تولید شده به دلیل نیروی نامتعادل، یکی هستن.

۳ - قانون سوم نیوتون: قانون عمل مساوی و مخالف-عکس العمل

مردم از عمل و عکس العمل تو حرفاشون در مورد سیاست (اگه این قانون تصویب بشه، جامعه اینجوری بهش عکس العمل نشون میده) و رابطه های شخصی (از هر دست بدی، از همون دست میگیری)  استفاده میکنن. به قانون سوم نیوتون معمولا، قانون عمل و عکس العمل هم میگن. اما تکرار قانون سوم به عنوان عمل و عکس العمل، گمراه کننده است چون به نظر میاد که فقط یه دونه نیرو هست (نیروی عمل کننده) که دیگری (نیروی عکس العمل) رو سبب میشه. در واقع، دو نیرو همزمان رخ میدن. هر بدن، یه نیرو رو روی بدن دیگری که توی کشش یا فشار درگیره، اعمال میکنه. نمیشه که یه نیرو بدون دو بدن باشه. یه بدن، نیرو تولید نمیکنه که دیگری بهش واکنش نشون بده. نیرو اونجاست چون دو بدن با هم تعامل میکنن. به جای عمل-عکس العمل، بهتره به عنوان موافق و مخالف بهش نگاه کنیم. یه بیانیه خوب از قانون سوم نیوتون اینه:

وقتی دو بدن با هم تعامل میکنن، نیروی روی یه بدن، مساوی (از لحاظ مقدار) و خلاف جهت نیروی بدن دیگه ست.

۲ - قانون اول نیوتون: قانون اینرسی

قانون اول نیوتون مشخص میکنه که نیروی نامتعادل به عنوان تغییر دهنده حرکت یه بدن عمل میکنه. چون اینرسی یعنی مقاومت یه بدن در مقابل تغییر حرکت (فصل ۳ رو ببینین)، نیوتون ۱ رو به عنوان قانون اینرسی هم میشناسن. قانون اول نیتون میگه:

یه بدن در حال حرکت، به حرکت خودش ادامه میده و یه بدن ثابت، ثابت میمونه تا زمانی که توسط یه نیروی خارجی نامتعادل تحت تاثیر قرار بگیره.

حرکت به سرعت یه بدن اشاره داره یا اینکه بدن چقدر تند تو یه جهت خاص حرکت میکنه (سرعت تو فصل ۵ توضیح داده شده).

۱ - مشخص کردن جمع نیرو و نیروی نامتعادل

یه چیز کوچیک مثل کتاب یا بطری آب رو روی میز بگذارد. بزارید بگیم که میخواید که اون جسم رو با وارد کردن نیرو حرکت بدین. به چند روش میتونین این کار رو انجام بدین. یکیش اینه که با دستتون اون جسم رو دور کنید. راه دیگه اینه به جسم رو با دستتون به سمت خودتون بیارید. پس میتونیم نیرو رو به صورت یه کشش یا فشار روی یه بدن تعریف کنیم. یه نیرو، نیروی خارجیه وقتی از خارج از بدن مورد آنالیز اعمال میشه (فصل ۴ رو ببینید). وقتی دو یا چند تا نیروی خارجی در یه جهت وارد میشن، جمع نیرو بوسیله جمع کردن همه نیروها با هم محاسبه میشه. به صورت فرمول، جمع نیرو مساوی ΣF_direction هست که حرف یونانی Σ (سیگما) یعنی مجموع نیرو ها و جهت، به افقی یا عمودی اشاره داره. وقتی جمع نیرو ها در یه جهت خاص، صفر نشه، یه نیروی نامتعادل داره بر بدن عمل میکنه.

۰ - بانی حرکت خطی: کینه تیک خطی

کمی بیش از ۳۰۰ سال پیش، سر ایزاک نیوتون، سه قانون حرکتشو چاپ کرد. این قانون ها نگاه مارو به حرکت کهکشانی تغییر داد چون رابطه علت-معلول رو به طور دقیق بین بدن های در حال حرکتی که میبینیم و نیرو هایی که سبب حرکت میشن، شکل داد. این قوانین پایه های بایومکانیک هستن، و این فصل روی توضیح قوانین نیوتون و کاربردشون در درک حرکت انسان، تمرکز میکنه.

تو این فصل، با توضیح جمع نیروها و نیروهای نامتعادل شروع میکنم. بعدش قوانین نیوتون رو شرح میدم، و هر قانون رو به بخش های اصلیش میشکنم. در آخر، نشون میدم که چجوری رابطه ضربه-حرکت، پایه ارزیابی اجرا رو میسازه.