تعريف قانون القدرة الميكانيكية

كتابة: دعاء اشرف آخر تحديث: 20 يناير 2022 , 15:26

مفهوم قانون القدرة الميكانيكية

القدرة الميكانيكية تعني مقدار والقوة القدر ة العضلية الميكانيكية وهما أحد المقاييس الخاصة بمخرجات الجهاز الحركي ويمكن التمييز بين هذين المتغيرين نعود إلى المنحنى الخاص بالقوة والسرعة [1].

القوة العضلية تعني مقدار القوة الكافية التي تمكننا من التغلب على مقاومة معينة سواء بالإيقاف أو بالحركة تجاه هذا المنحني.

مقدار القدرة الميكانيكية الناتجة عن الجهاز الحركي هي اللحظات التي تصبح فيها القوة بها في حالة من التغيير بمرور لحظة من لحظات الزمن الخاص بالأداء.

للقدرة أهمية متعلقة بالأداء الرياضي اللازم لحدوثه قدرة متاحة بشكل كبير، كمثال الجسم لمسافة ما أو رمي أداة بسرعة لكي تصل إلى مسافة أو أرتفاع معين.

إثبات قانون القدرة الميكانيكية

ناتج قدرة الشغل الميكانيكي بزمن معين هذه القدرة بإمكانها أن تكون قياسية لإنتاج كمية حركية معينة للجسم وإمكانية التغيير في هذه الكمية بشكل لحظي بالإضافة إلى تغيير مقدار القوة، وحينئذ يصبح بإمكاننا أن نحدد القدرة من خلال القوة مع السرعة.

مثال على ذلك: لاعبة كرة الطائرة عند لحظة ضرب الكرة في الإرسال الساحق فأنها تضيف مقدار أكبر للقوة الواقعة على الكرة، وبالتالي الذراع الضاربة سوف تصبح سرعتها مقدار أسرع من المعدل المعتاد وتكتسب بالتالي العجلة العالية وكمية حركة كبيرة في وقت ضرب الكرة.

يجب أن نضع في اعتبارنا الوزن الخاص بالكرة واللاعبة الأكثر قوة يمكنه من اكتساب سرعة تعجيل أكثر من اللاعبة الأقل قوة ويمكن استنتاج كمية الحركة = الكتلة × السرعة.

بالتالي نستنتج أن اللاعب ذات القوة هو المتمكن من الذراع الضاربة بكمية حركية كافية، وبالوقت الذي ينتهي فيه التلامس بين اليد والكرة فأن الكرة سوف تكتسب مقدار سرعة محدد ويطلق عليه سرعة نهائية.

هنا تحدد السرعة الثانية عن طريق مقدار القوة وسرعة القوة المطبقة على الكرة، ففي وقت الرمي والقذف يكون الاعتماد مرتكز بقدر كبير على القدرة الميكانيكية وعند ثبات زاوية الانطلاق.

تصبح المسافة التي يقوم الجسم المقذوف بقطعها تعتمد بشكل مباشرة على السرعة النهائية أي سرعة لحظة الانطلاق، فإكساب الجسم المقذوف القدر الكبير من السرعة هذا هو الهدف الأول الذي يريد اللاعب تحقيقه ويجب عليه تطبيق اكبر قدرة عالية بجانب إطالة مسافة التعجيل بشكل نسبي.

لكن في حالة ثبات مسافة تطبيق القوة تصبح العوامل الأساسية لنجاح إتمام الضربة الخاصة بالإرسال الساحق هي كمية القوة وسرعتها، إذ أن القدرة هي المحدد الأول للأداء.

بالأداءات الرياضية التي يكون اعتمادها على القدرة تحتوي على أداءات تعتمد بنسبة كبيرة على مكوني السرعة أو أداءات تعتمد بنسبة كبيرة على مكون القوة وأدوات أخرى من اللازم لتنفيذها مقدار معين من مكوني السرعة والقوة، والذي يقود إلى تحقيق أفضل النتائج هو نسبة مكون السرعة والقوة لتحديد القدرة الملائم لنوع اللعبة.

قد تتواجد علاقة بين القدرة والعزم العضلي بسبب أن العزم العضلي هو تلك القوة التي تتسم بنفس مواصفات القوة الميكانيكية مع أن التدوير هو الواجب الأساسي.

يمكننا أن نعتمد على العزم بما أنها قوة ثم نقوم بتحديد القدرة، فأكبر نسبة عزم عضلي تقل بزيادة سرعة تقصير العضلة وفيما معناه أن قياس القـــوة العضلية الديناميكية المتحركة يعتمد بدرجة كبيرة على المعدل الذي يتغير به مقدار طول العضلة.

وان تحديد القوة الديناميكية بشكل أكثر دقة يلزمه إعادة القياس عند سرعات مختلفة، وهي الإجراءات التي يتم تبسيطها من خلال قياس أقصى قدرة يمكن الجهاز الحركي أن ينهيها والتي تعبر عن الآتي القوة العضلية والسرعة وبالتالي فينتج عنها أفضل تأثير ميكانيكي.

هنا نستنتج أن القدرة الميكانيكية المقدرة بوحدة الواط هي حاصل ضرب (القوة × السرعة)، وبالتالي فإن تأثير القوة يكون زائد في حالة تأدية الحركة بسرعة أي تستغرق وقت قصير بين قدرة اللاعب وسرعة حركته بشكل طردي.

يتم التعبير عن وحدات قياس القدرة بوحدة قياس معروفة وهي وات ‪Wat‬ ويرمز لها بالحرف w، وللتميز بين وحدات الشغل وبينها:

  • القدرة هي المعدل الزمني المستغرق لبذل الشغل كما أنها سرعة إنجاز الشغل.
  • القدرة الميكانيكية لها أهمية كبيرة في مجالات النشاط الرياضي فهي ارتباط بين القوة والسرعة معا حتى لا يؤثر مقدار منهم على حساب الآخر وفي نهاية المطاف يؤثر على القدرة ربما اللاعب يكون قويا ولكن قدرته غير جيدة بسبب عدم امتلاكه لنسبة سرعة كبيرة والعكس.

استنتاج القانون:

  • القدرة = الشغل.
  • وبما ـن الشغل = القوة × المسافة القدرة = القوة × المسافة
  • والقوة = ك × ج.
  • إذن القدرة = ( ك × ج × المسافة).

الحفاظ على الطاقة الميكانيكية

تبعا للمبدأ الخاص بالحفاظ على الطاقة الميكانيكية فيمكننا الحفاظ على مجمل قدر الطاقة الميكانيكية لأي نظام، بمعني عدم القدرة على بناء وإنشاء الطاقة أو نفيها فلا يمكن حدوث تحويل داخلي من شكل إلى أي شكل آخر باستثناء وجود القوة التي تعمل على النظام المتوافق مع طبيعة محافظة [2].

فمثلا للتوضيح عن الحركة ذات البعد الأحادي للنظام

جسم متواجد تحت تأثير القوة المحافظة F، يتم حدوث إزاحة له بمقدار x، بناء علي نظرية الشغل والطاقة فالشبكة التي تقوم بها جميع القوى المؤثرة في نظام ما تساوي مقدار التغيير في الطاقة الحركية الخاصة بالنظام وبشكل رياضي
‏ ΔKE = F (x) Δx
حيث أن ΔK هو معدل التغيير في الطاقة الحركية للنظام.
ونجد أن القوى المحافظة فقط هي التي تعمل على النظام W net = W c .
وهكذا W c = ΔKE
و إذا قامت القوى المحافظة بالعمل في لحد الأنظمة يصبح النظام يفقد طاقة كامنة مقدارها مساوي للشغل الذي تم إنجازه
‏W c = -PE.
فيما معناه أن الطاقة الحركية الكلية والطاقة الكامنة للنظام تظل في حالة ثبوت إذا كانت العملية تنطوي على قوى محافظة فقط.
‏KE + PE = ثابت
‏KE i + PE i = KE f + PE f

حيث تشير إلى القيم الأولية وتشير f إلى القيم النهائية لـ KE و PE.

والحالة التي يطبق بها القانون هذا في حاله المدى الذي تكون فيه القوى محافظة علي طبيعتها،  الطاقة الميكانيكية تُعرف للنظام بكونها الطاقة الحركية الكلية بجانب إجمالي الطاقة الكامنة.

في نظام يحتوى على قوة واحده فقط وهي المحافظة ترتبط كل قوة بشكل من أشكال الطاقة الكامنة وتتغير الطاقة فقط بين الطاقة الحركية وأنواع متعددة ومختلفة من الطاقة الكامنة، بشكل يحافظ علي ثبوت الطاقة الكلية

مثال على إجمالي الطاقة الميكانيكية

مثال على شرح إجمالي الطاقة الميكانيكية المتعلقة بالنظام، عند فرض أن هناك كرة كتلتها تساوي  تم إسقاطها من جرف :

  • ارتفاعه ح من على ارتفاع H
  • مقدار الطاقة الكامنة (PE) = م × ز × ح
  • ومقدار الطاقة الحركية (KE) = 0
  • إجمالي الطاقة الميكانيكية = mgH
  • ومن على ارتفاع يساوي ح
  • الطاقة الكامنة (PE) مقدارها = م × ز × ح
  • والطاقة الحركية (KE) = 1/2 (mv ^ 2)

وعند استخدام المعادلات الخاصة بالحركة يصبح بإمكاننا كتابة السرعة v 1 عند ارتفاع h لجسم كتلته m يسقط من ارتفاع H بهذه الصيغة إعطاء الطاقة الحركية يمكن إستخراجها كالاتي:

  • إجمالي الطاقة الميكانيكية = (mgH – mgh) – mgh = mgH
  • عند ارتفاع الصفر
  • الطاقة الكامنة: 0
  • الطاقة الحركية: 1/2 (mv ^ 2)

وعند استخدام معادلات الحركة يمكننا أن نرى أن السرعة v أسفل الجرف في حالة قبل لمس الأرض مباشرة

وبالتالي الطاقة الحركية تصبح.

  • إجمالي الطاقة الميكانيكية: mgH

وقد استنتج أن إجمالي الطاقة الميكانيكية للنظام يظل ثابت في كل الأوقات.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى