نخستین وبسایت تربیت بدنی وعلوم ورزشی

betrool

مکانیک جسم سیال

کليهٔ ورزش‌ها تحت تأثير محيط سيالى که در آن انجام مى‌شوند واقع مى‌گردند، بازيکن بسکتبال که با سرعت به‌طرف حلقهٔ حريف حرکت مى‌کند بايد هواى مجاور خود را شکافته، و از درون آن عبور کند و لذا مقدارى از سرعت او کاسته مى‌شود. حرکت غوّاص در زير آب از اين هم بيشتر تحت تأثير محيط مجاور او يعنى آب قرار مى‌گيرد. شناگر هم‌زمان در دو محيط سيال متفاوت مسابقه مى‌دهد (آب و هوا) و لذا حرکت او تحت تأثير هر دو محيط و در رابطه با اندام‌هايى که در هريک از اين دو محيط در حرکت هستند واقع مى‌شود.

 

 غوطه‌ورى در آب

 قابليت غوطه‌ورى يک جسم در آب (به‌دست آوردن و حفظ وضعيت ساکن در سطح آب) در اکثر ورزش‌هاى آبى از اهميت خاصى برخوردار است. به‌طور مثال در شنا، قابليت غوطه‌ورى شناگر در موفقيت او در سطوح مقدماتى و قهرمانى اثرگذار مى‌باشد. به‌طور منطقى کسى که راحت‌تر در آب غوطه‌ور شود بهتر مى‌تواند فن شناورى را بياموزد. در انتهاى ديگر طيف اجرايى فن شنا، قهرمانى که بتواند کاملاً در سطح آب غوطه‌ور مى‌شود براى حرکت در آب با مقاومت کمترى مواجه مى‌گردد و لذا هرگاه شرايط ديگر مساوى باشند چنين شناگرى با قابليت بهتر در امر غوطه‌ورى در آب به‌طور وضوع نسبت به حريفان خود که از چنين قابليتى تا اين اندازه برخودار هستند برترى و مزيت دارد.

 حرکت نسبى

موقعى که بازيکن اسکى روى آب در خط عبور قايق بر روى آب درياچه سُر مى‌خورد، از ديدگاه يک تماشاچى که در ساحل ايستاده است چنين به‌نظر مى‌رسد که آب ساکن بوده، و اسکى‌باز بر روى آن با سرعتى در حدود ۱۵ متر در ثانيه در حال حرکت است ليکن چنانچه اسکى‌باز به پائين و به طرف پاهاى خود نگاه کند به‌آسانى مى‌تواند به احساس معکوسى برسد يعنى به‌نظر او خودش ساکن و آب با سرعتى در حدود ۱۵ متر در ثانيه از زير پا به طرف عقب حرکت مى‌کند. عليرغم اينکه کدام‌يک از اين دو نظر موردتوجه واقع شوند اختلاف بين سرعت آب و اسکى‌باز (حرکت يکى نسبت و ديگري) دقيقاً مشابه و برابر با ۵۰ کيلومتر در ساعت مى‌باشد.

 

حال اين‌طور اتفاق مى‌افتد که اثر آب بر روى اسکى‌باز به حرکت نسبى بين آن دو وابسته است و نه به سرعت هريک از آنها و لذا به‌همين علت در تحليل اثرات حرکت بر روى آب مى‌توان هريک از اين دو نظر را موردتوجه قرار داد.

 

 کشش موج

 موقعى که شناگر، شيرجهٔ استارت انجام مى‌دهد بدن خود را از سکو به جلو پرتاب کرده، آن را در جهتى نزديک به افق به پيش مى‌راند. در بخش اول شيرجه، او کاملاً در هوايى که از درون آن مى‌گذرد خود را فرو برده است و سپس موقعى که وارد آب مى‌شود و قبل از اينکه دوباره به سطح آب برگردد، مجدداً در محيط اطراف خود که اين‌بار آب است فرو رفته، در داخل آن به جلو سُر مى‌خورد. در طى هريک از اين دو عمل فرو رفتن هرگونه پيشرفت شناگر به جلو با مقاومت و مخالفت ناشى از محيط سيال خود همراه مى‌باشد. وقتى شناگر در هوا حرکت مى‌کند تحت تأثير نيروهاى شکل و سطح کشش که توسط هوا بر او وارد مى‌شوند قرار مى‌گيرد و همين‌طور وقتى در داخل آب سُر مى‌خورد مجدداً تحت تأثير نيروهاى شکل و سطح کشش که توسط آب بر او وارد مى‌گردد به حرکت خود ادامه مى‌دهد. شناگر در اين حالت مانند هر شيء ديگرى که در داخل آب حرکت مى‌کند تحت تأثير اين‌گونه نيروها قرار مى‌گيرد و لذا مى‌توان گفت نيروهاى شکل و سطح همواره بر روى حرکت اجسام در داخل آب اثرگذار مى‌باشند.

 

موقعى که شناگر به سطح آب آمده، شنا مى‌کند خود را وضعيت تازه‌اى قرار داده است که حالا نه کاملاً در آب فرو رفته و نه ديگر در هوا قرار دارد بلکه به نوبت در داخل هر دو محيط سيال خود هوا و آب عمل مى‌کند. در وضعيت‌هايى شبيه به اين، که تعداد زيادى از آن در ورزش‌هاى مختلف ملاحظه مى‌شود، جسم به‌کار گرفته شده علاوه بر کشش‌هاى شکل و سطح، تحت تأثير کشش سومى به نام کشش موج قرار مى‌گيرد، زيرا جسم در حرکت خود از يک محيط سيال به محيط ديگر توليد موج نموده که واکنش آن همان کشش مى‌باشد.

 نيروى بالابَر

 بسيارى از شرکت‌کنندگان در ورزش وقتى بخواهند مهارت خود را بهبود بخشند سعى مى‌کنند عمل کشش را کنترل نمايند. علاوه‌ بر اين برخى از اين افراد همچنين کوشش دارند به‌نوعى بر نيروى بالابَر نظارت کنند (مؤلفه‌اى از مقاومت هوا که قائم بر نيروى کشش مى‌باشد) به‌طور مثال پرتاب‌کنندگان ديسک و نيزه سعى مى‌کنند تا وسيلهٔ ورزشى خود را طورى پرتاب نمايند که با حداقل نيروى کشش مواجه گردد و در نتيجه از سرعت حرکت آن به‌تدريج کاسته شود و در عين حال از مؤلفهٔ بالابر تا حدِّ بيشينه استفاده نمايند به‌طورى که وسيلهٔ ورزشى در هوا حفظ شده و طول مدت پرواز را زياد کند در پرش با اسکى نيز همين هدف دنبال مى‌گردد همچنين در اسکى روى آب براى بالا رفتن و در روى سطح آب قرار گرفتن از همين اصل پيروى مى‌شود.

 

در سرعت معينى از جريان، مقدار مؤلفه‌هاى کشش و بالابر تا اندازه‌اى به چگونگى وضع جسم در هوا وابسته است. هرگاه نيروى بالابر عمود بر جهت جريان هوا باشد مانند مثال ديسک در شکل b در اين صورت اندازهٔ کشش زياد و نيروى بالابر بسيار جزيى و کم خواهد بود و با اينکه اصلاً وجود نخواهد داشت. بنابراين به‌نظر بديهى است چنانچه قرار باشد جسم به بالا برود زاويهٔ بين جريان هوا و صفحهٔ جسم (زاويهٔ حمله) بايد چيزى غير از صفر و يا نود درجه باشد (تنها در اين وضعيت نيروى بالابر وجود ندارد). معنايش اين است که نيروى کشش بايد قدرى بيشتر از ارزش حداقل آن باشد. به سخن کوتاه بايد نوعى سازش و مصالحه بين تعارض ناشى از بيشينه نيروى بالابر و حداقل نيروى کشش صورت گيرد زيرا غيرممکن است هر دو را هم‌زمان کاملاً در اختيار گرفت. در پاره‌اى از ورزش‌ها، کوشش شده است تا زاويهٔ بهينهٔ حمله را به‌طور علمى به‌دست آورد به‌طورى که بهترين شکل سازش و مصالحه در آن رعايت شده است.

نيروى شناور

در شکل A1 شناگرى را که در وضعيت افقى و غوطه‌ور در سطح آب است ملاحظه مى‌کنيد چون او در اين وضعيت به‌طور متعادل روى آب قرار گرفته است، بايد حاصل جمع نيروهاى وارده بر او در هر جهت برابر با صفر باشد. در جهت عمودى (اين مطلب در تعيين اينکه آيا جسمى به حال غوطه‌ور در روى آب در مى‌آيد و يا در آن فرو مى‌رود بسيار مهم است) نيروهاى عمل‌‌کننده را وزن بدن شناگر و هرگونه نيروى ديگرى که آب بر بدن او وارد مى‌کند تشکيل مى‌دهند. بنابراين به‌طور وضوح، برآيند نيروهاى عمودى به طرف بالا (که نيروى شناور خوانده مى‌شود) که آب بر او وارد مى‌کند بايد برابر با مقدار وزن بدن شناگر باشد اين نتيجه‌گيرى ساده ما را به مرحلهٔ تعيين قابليت شناورى جسم رهنمون مى‌گردد. به سخن ديگر هرگاه وزن بدن بيشتر از نيروى شناور که آب به‌وجود آورده است باشد آن جسم در آب فرو مى‌رود و چنانچه وزن جسم بيشتر نباشد به حالت غوطه‌ور در سطح آب باقى مى‌ماند. به بيان رياضيات، يک جسم موقعى شناور مى‌شود که: بيشينهٔ نيروى شناور ≥ وزن جسم باشد.


نيروى شناورى مساوى وزن آب جابجا شده مى‌باشد.

نيروى شناورى مساوى وزن آب جابجا شده مى‌باشد.

با توجه به اينکه بيشينهٔ شناور در آب به‌طور آشکار از اهميت خاصى (در تعيين اينکه آيا آن جسم در آب غوطه‌ور مى‌باشد يا نه) برخوردار مى‌باشد بسيار بجا و مناسب خواهد بود تا نحوهٔ تنظيم و ادارهٔ اين نيروها و مقدار آن را مورد آزمايش قرار دهيم.

 

وقتى شناگر به حالت درازکش بر روى آب در مى‌آيد، مقدارى از آب را از جاى خود بيرون کرده، به کنار هُل مى‌دهد. پيش از اينکه اين امر اتفاق بيافتد، مقدار آب جابجا شده تحت تأثير نيروهاى وارده، بر آن به حالت متعادل درمى‌آيد. در جهت عمودي، اين نيروها شامل وزن بدن و نيروى شناور که توسط آب زير بدن به شناگر وارد شده است مى‌گردند و چون آب در وضع متعادل قرار دارد اين دو نيرو از نظر مقدار و اندازه مساوى هستند (شکل A2). حالا وقتى که شناگر حالت درازکش را به خود گرفت او هيچ‌گونه عمل مؤثرى را براى تغيير حالت آبى که در زير آب جابجا شده است انجام نمى‌دهد و در نتيجه نيرويى که اين آب به بدن او وارد مى‌کند کاملاً مشابه آنچه قبلاً بر آب جابجا شده وارد شده است مى‌باشد (شکل A3) به سخن ديگر شناگر يک نيروى شناور را که مقدار آن برابر با اندازهٔ وزن آب جابجا شده مى‌باشد تحمل مى‌کند (برابرى نيروى شناور با وزن آب جابجا شده اولين‌بار به‌وسيلهٔ ارشميدس موقعى که مشغول حمام کردن بود کشف و سپس تحت عنوان قانون ارشميدس به‌طور وسيع شناخته شد).


نيروى شناورى مساوى وزن آب جابجا شده مى‌باشد.

نيروى شناورى مساوى وزن آب جابجا شده مى‌باشد.
نيروى شناورى مساوى وزن آب جابجا شده مى‌باشد.

نيروى شناورى مساوى وزن آب جابجا شده مى‌باشد.

بيشينهٔ حجم آبى که شناگر مى‌تواند آن را جابجا کند مساوى با حجم بدن او مى‌باشد. اين بيشينهٔ جابجايى موقعى رخ مى‌دهد که شناگر به‌طور کامل در آب فرو رود. محدوديت در حجم آبى که مى‌توان جابجا نمود مرز حد نهايى مقدار نيروى شناور وارده بر بدن را مشخص مى‌کند بيشينهٔ نيروى شناور از نظر اندازه برابر با وزن آب هم‌حجم بدن شناگر مى‌باشد.

 وزن مخصوص (Specific Gravity)

وضعيت اصلى تعيين‌کنندهٔ غوطه‌ور شدن يک جسم را مى‌توان به شکل زير تکرار کرد:

 

يک جسم موقعى در حال غوطه‌ور باقى مى‌ماند که:

 

وزن آب هم‌حجم آب ≥ وزن جسم

 

باشد. طبق معادلات رياضى مى‌توان طرفين يک معادله را بر مقدار ثابت و مساوى تقسيم کرد بنابراين، فرض کنيد طرفين يک معادله بر وزن آب هم‌حجم آن تقسيم مى‌شود در اين صورت نتيجه به شرح زير در مى‌آيد:

 

۱≥وزن آب هم‌حجم آن / وزن جسم

 

کسر سمت چپ معادلهٔ ۱≥وزن آب هم‌حجم آن / وزن جسم به‌عنوان وزن مخصوص يک جسم شناخته شده است و همان‌طورى که به‌سادگى مى‌توان حدس زد ضابطهٔ مفيدى براى اندازه‌گيرى درجهٔ شناورى يک جسم مى‌باشد.

 

عوامل تعيين‌کنندهٔ وزن مخصوص بدن مقدار زيادى از ابهامات را در رابطه با اينکه چرا برخى افراد به‌راحتى در آب غوطه‌ور شده و بعضى ديگر در انجام اين عمل نااميد مى‌شوند برطرف نموده و موجبات روشن شدن موضوع را فراهم مى‌نمايد. وزن مخصوص بدن انسان و يا هر جسم ديگرى به‌وسيلهٔ ترکيب و ساخت فيزيکى آن تعيين مى‌شود. چون بدن انسان از بافت‌هاى مختلف ساخته شده است (استخوان، عضله، چربي، و غيره) و چون هريک از بافت‌هاى مذکور خود داراى وزن مخصوص و متفاوتى مى‌باشند بنابراين مقدار و نسبت هريک از بافت‌ها در ساخت کلى بدن و در نتيجه در قابليت شناورى او مؤثر هستند. اگر بدن محتوى مقدار زيادى چربى باشد که به‌طور نسبى سبک مى‌باشد (۸/۰ ≈ وزن مخصوص چربي) چنين فردى به‌مراتب بهتر مى‌تواند در مقام مقايسه با کسى که باريک و عضلانى (-/۱ ≈ وزن مخصوص عضله) و يا سنگين و استخوان (-/۱ تا ۵/۱ وزن مخصوص استخوان) مى‌باشد در آب غوطه‌ور شود.

 

اهميت ترکيب و ساختمان بدن انسان در تعيين وزن مخصوص او در نتيجهٔ قابليت شناورى او به طرق گوناگون انعکاس پيدا مى‌کند:

 

۱. حجم هواى داخل شُش‌ها اثر زيادى بر روى او مى‌گذارد. هرگاه شخصى نفس عميق بکشد و حجم قابل توجهى به مقدار هواى دَم خود که به‌طور طبيعى وارد شُش‌هاى آدمى مى‌شود بيافزايد و در نتيجه حجم قفسهٔ سينه و از اين طريق حجم بدن خود را زياد کند افزايش وزن او در مقايسه با افزايش حجم بدنش قابل اغماض مى‌باشد (وزن مخصوص هوا به‌طور عادى در حدود ۰۰۱۲/۰ است که در واقع بسيار کم مى‌باشد). در معادلهٔ وزن مخصوص چنين ملاحظه مى‌شود که صورت کسر در معنى بدون تغيير باقى‌مانده ليکن مخرج کسر به‌طور چشمگيرى اضافه شده است و اثر عمومى تنفس عميق باعث کاهش عمدهٔ وزن مخصوص بدن شناگر شده و قابليت شناورى او را افزايش داده است. برعکس هرگاه شخصى هواى داخل سينهٔ خود را در عمل بازدم با فشار خارج سازد وزن مخصوص بدن او زياد شده، متقابلاً قابليت شناورى او کم مى‌شود.

 

با وجود اينکه مردان و زنان اغلب با انجام تنفس عميق بر روى آب شناور مى‌شوند ليکن مردان بيشتر در آب فرو مى‌روند مگر اينکه هواى داخل شُش‌هاى آنها زيادتر از هواى باقى‌مانده از حرکت بازدم باشد.

 

۲. با تغيير تناسب نسبت‌هاى بافت‌ها در اثر گذشت عمر، وزن مخصوص بدن انسان و قابليت شناورى او نيز تغيير پيدا مى‌کند. به‌طور عادى هرقدر شخص به ابتدا و انتهاى دورهٔ زندگى نزديک‌تر باشد، با احتمال بيشتر وزن مخصوص بدن او به اندازهٔ کافى و لازم براى شناورى در آب پائين نبوده و شايد به اندازه‌اى نباشد که به او اجازه دهد تا به‌راحتى در آب شناور شود.

 

۳. زنان داراى چربى نسبى بيشترى در مقايسه با مردان مى‌باشند لذا وزن مخصوص بدن آنها کمتر از مردان بوده و در نتيجه به احتمال قوى قابليت شناورى آنان در آب بيشتر از مردان است.

 

۴. مطالعات انجام شده بر روى ساخت جسمى شناگران قهرمان نشان داده شده که عموماً اين افراد در مقام مقايسه با قهرمانان اکثر رشته‌هاى ورزشى ديگر در ساختمان بدن خود به مقدار جزئى چربى بيشترى دارا مى‌باشند.

 

مرکز شناورى

در تصوير زير (A2) آبى که به‌وسيلهٔ شناگر جابجا مى‌شود تحت اثر عملکرد دو نيروى عمودى (وزن شناگر و نيروى شناوري) به حالت تعادل در مى‌آيد. واقعيت اين است که وقتى اين آب متعادل مى‌باشد در معنا اين دو نيز نه تنها از نظر مقدار مساوى هستند بلکه بايد در جهت خط مستقيم و مخالف يکديگر عمل کنند و لذا نيروى شناورى مانند وزن بايد از داخل مرکز گرانش آبى که در شرف جابجايى است عمل کند. موقعى که شناگر حالت و وضعيت شکل زير (A3) را به‌دست مى‌آورد مقدار و جهت عملکرد نيروى شناورى دقيقاً مانند قبل مى‌باشد و نقطه‌اى که نيروى شناورى از آن گذشته و عمل مى‌کند به نام مرکز شناورى خوانده مى‌شود. (اين نقطه قبلاً مرکز گرانش آب جابجا شده بوده است).


شناوری، غوطه وری، بیومکانیک

نيروى شناورى مساوى وزن آب جابجا شده مى‌باشد.
شناوری، غوطه وری، بیومکانیک

نيروى شناورى مساوى وزن آب جابجا شده مى‌باشد.

محل مرکز شناوري، در پيش‌بينى و تعيين اتفاقاتى که پس از به‌دست آوردن وضعيت خوابيده به پشت در سطح آب روى مى‌دهد از اهميت ويژه‌اى برخوردار است. هرگاه مرکز ثقل بدن شناگر و مرکز شناورى برهم منطبق باشند و يا به‌طور عمودى در يک خط و يکى در بالاى ديگرى قرار گيرد، بدن وضعيت افقى خود را در آب حفظ مى‌کند، گرچه اين وضعيت به‌طور نسبى براى مردان معمولى نمى‌باشد (در آزمون‌هايى که براى اندازه‌گيرى قابليت شناورى به‌وسيلهٔ آقاى وايتينگ انجام شده است تنها يکى از زنان از بين شش نفر مورد آزمايش توانسته است وضعيت افقى بدن خود را در آب حفظ نمايد و مردان مورد آزمايش به‌مراتب خود را ضعيف‌تر از زنان در اين آزمون نشان داده‌اند. در واقع، در بين ۳۹۱ مرد مورد آزمايش که سن آنها ۱۵ سال و به بالا بود، حتى يک نفر هم نتوانست وضعيت افقى بدن خود را در آب حفظ نمايد).

 

در صورتى که مرکز شناورى منطبق بر مرکز ثقل نباشد و يا در يک خط و عمود بر يکديگر قرار نگيرند، مرکز شناورى همواره نسبت به مرکز ثقل بدن به سر شناگر نزديک‌تر خواهد بود. اين بدين معنى است که وزن بدن و نيروى شناورى به شکل جفت نيرو عمل کرده و سعى مى‌کنند پائين‌تنه و پاها را به پائين فشار دهند (شکل A1). در چنين مواردي، پاها به‌تدريج در آب فرو رفته و به نقطه‌اى مى‌رسند که در آن وضعيت مرکز شناورى و مرکز ثقل بدن در امتداد يک خط عمودى قرار گيرند و سپس بدن شناگر در آن وضعيت به حالت شناور باقى مى‌ماند. (شکل A2).


شناوری، غوطه وری، بیومکانیک

وضعيت‌هاى نسبى خطوط عملکرد وزن و نيروى شناور تعيين‌کنندهٔ حالت و نحوهٔ قرار گرفتن افقى و يا مايل شدن بدن در آب مى‌شود.
شناوری، غوطه وری، بیومکانیک

وضعيت‌هاى نسبى خطوط عملکرد وزن و نيروى شناور تعيين‌کنندهٔ حالت و نحوهٔ قرار گرفتن افقى و يا مايل شدن بدن در آب مى‌شود.

 مقاومت سيالات

موقعى که ديسکى در داخل تونل هوا قرار مى‌گيرد دو اثر به‌طور هم‌زمان به‌وجود مى‌آيد. يکى جهت حرکت هوا به‌خصوص نزديک‌ترين هوا نسبت به ديسک که بايد براى عبور از مانع (ديسک) تغيير جهت دهد و دوم هوايى که با سطح ديسک مواجه شده و از سرعت آن در اثر برخورد با ديسک کاسته مى‌شود. اين تغييرات در سرعت و جهت جريان هوا از اين لحاظ به‌وجود مى‌آيد که ديسک به‌نوبهٔ خود بر هوا فشار وارد مى‌کند و البته که در واکنش مربوط هوا نيز نيرويى مساوى و در جهات مختلف بر ديسک وارد مى‌سازد که آن را مقاومت سيالات مى‌نامند.

 

مؤلفهٔ نيروهاى اخير که در جهت اصلى جريان هوا عمل (يعنى قبل از اينکه هوا راه عبور خود را از اطراف ديسک پيدا کند) تحت عنوان ”نيروى کشش“ (Drag Force) شناخته مى‌شود (شکل A). موقعى که جسمى در محيط سيال در حالت حرکت است اين نيروى کششى و يا مؤلفهٔ نيروى وارده توسط محيط سيال است که باعث کاهش سرعت جسم در مسير خود مى‌گردد. وقتى شناگرى در يک برگشت به ديوارهٔ استخر فشار وارد مى‌کند اين نيروى کششى است که از حرکت بيشتر آن و سُرخوردن او در آب مى‌کاهد و ضرورت دست‌وپازدن شناگر را براى پيشروى فراهم مى‌کند. همين نيروى کششى است که به‌طور مؤثر از سرعت توپ بدمينتون پس از اينکه ضربه به آن وارد شد مى‌کاهد و باعث مى‌شود تا توپ مسيرى را که حتى نزديک به قوس کامل مى‌باشد طى نکند.

 

مؤلفهٔ ديگر نيرو که در جهت قائم نسبت به نيروى کشش عمل مى‌کند تحت عنوان نيروى بالابرنده شناخته مى‌شود (شکل A). اهميت مؤلفهٔ بالابرنده در مثال‌هايى مانند اسکى روى آب به‌خوبى آشکار مى‌شود زيرا اسکى‌باز قبل از اينکه حرکت سُر خوردن روى آب را به‌دست آورد در وضعيتى قرار مى‌گيرد که اسکى‌هاى او به‌طور مايل به جلو و به بالا در آب بوده و تنها نوک آنها از آب خارج مى‌باشند سپس موقعى که با طناب قايق به جلو کشيده مى‌شود نيروى مؤلفهٔ بالابرنده که به‌وسيلهٔ آب بر اسکى‌هاى او وارد مى‌گردد باعث خواهد شد تا او را بالا برده، بر روى سطح آب قرار دهد. لذا وضعيت قرار گرفتن اسکى‌هاى او در آب تعيين‌کنندهٔ مقدار نيروى لازم براى توفيق در بالابردن و در سطح آب قرار دادن اسکى‌باز مى‌باشد. هرگاه اسکى‌ها نزديک به وضعيت عمود در آب قرار گيرند بديهى است که نيروى کششى بسيار زياد خواهد شد و عملاً مؤلفهٔ بالابرنده ناچيز بوده و يا اصولاً وجود نخواهد داشت و هرگاه اسکى‌ها نزديک به وضعيت افقى در آب قرار گيرند باز در اين حالت نيز مؤلفهٔ بالابرنده ناچيز بوده و يا اصولاً وجود نخواهد داشت لذا در اين وضعيت اسکى‌باز موفق نخواهد شد که بدن خود را از آب بالا کشيده و در سطح آب قرار گيرد.

سطح کشش

موقعى که هوا با سرعت از ديسک به‌طورى که در شکل a ملاحظه مى‌کنيد رد مى‌شود آن لايه‌اى از هوا که با ديسک در تماس مى‌باشد در نتيجه نيرويى که از طرف ديسک به آن وارد مى‌گردد از سرعتش کاسته مى‌شود. اين لايه سعى مى‌کند سرعت لايهٔ مجاور خود را کم کند و به همين طريق لايه‌هاى بعدى تحت تأثير قرار مى‌گيرند. در نتيجه اين کاهش سرعت در لايه‌هاى هواى اطراف ديسک کلفتى هواى تحت تأثير واقع شده با حرکت ديسک تدريجاً زياد مى‌شود. پس از طى مسافت معينى که اندازهٔ آن طبق سرعت و ماهيت جسم متفاوت مى‌گردد اين لايه تحت تأثير هوا ناپايدار شده و بجاى اينکه به حرکت موارى خود در مسير اوليه ادامه دهد به‌طور ناگهانى و با شدت در هم مخلوط مى‌شود.

 

اين انتقال هوا از جريان موازى به جريان مخلوط شده که در هواى محدودهٔ ديسک صورت مى‌گيرد و يا زير قطر آن افزوده مى‌شود و روند کند شدن و مخلوط شدن هوا را در سطح تقريبى ديسک باعث مى‌گردد، که اثر آن وارد کردن نيرو از طرف ديسک به هوا و بالعکس مى‌باشد (يا زير قطر آن افزوده مى‌شود و روند کند شدن و مخلوط شدن هوا را در سطح تقريبى ديسک باعث مى‌شود در اثر وارد کردن نيرو از طرف ديسک به هوا و بالعکس صورت مى‌گيرد) که به آن نيروى واکنشى ناشى از وارد کردن نيرو از طرف ديسک به هوا ”سطح کشش“ مى‌گويند.


نيروى کششى که به ديسک وارد مى‌شود در اثر نوع عملکرد و شکل برخورد آن با جريان هوا مى‌باشد.

نيروى کششى که به ديسک وارد مى‌شود در اثر نوع عملکرد و شکل برخورد آن با جريان هوا مى‌باشد.

اندازهٔ کشش هر جسم مشخصى وابسته به چند عامل مى‌باشد:

 

۱. سرعت جريان هوا نسبت به جسم

 

۲. سطح برخورد جسم با هوا

 

۳. صاف و هموار بودن سطح جسم

 

۴. نوع محيط سيال درگير در حرکت

 

ليکن مربيان و ورزشکاران معمولاً براى کاهش آن تنها کوشش خود را صرف تنظيم يک و يا دو عامل از اين عوامل چهارگانه مى‌کنند. مربى قايقرانى ممکن است سطح برخورد جسم (قايق) با آب را به‌حساب آورد و نوع قايق مورد استفاده را به ورزشکاران خود توصيه کند. هر تغيير يک پوندى با سرعتى برابر ۱۷ فوت بر ثانيه يعنى در دو هزار متر چيزى به اندازهٔ نصف طول قايق اختلاف مسافت خواهد بود که مورد تأکيد و تائيد واقع شده است بنابراين دو قايق به طول ۶۰ فوت که يکى داراى محور اصلى ۲۰ اينچ و ديگرى ۲۸ اينچ مى‌باشد در طول يک مسابقه معمولى چيزى در حدود ۳۱/۲ طول قايق يعنى در حدود ۷۰ يارد مى‌باشد.

 

دومين عاملى که مربى و يا ورزشکار براى کم کردن سطح کشش در نظر خواهد گرفت نرمى و لغزندگى سطح بدن مى‌باشد. بدنهٔ قايق‌هاى مخصوص مسابقه را معمولاً واکس مى‌زنند با توجه به اين مطلب آقاى ويلکن گفته است که هرگاه بدنهٔ قايق بسيار زبر و ناهموار باشد در طول يک مسابقه ۲۰۰۰ مترى به اندازهٔ سه طول قايق به ضرر تيم مربوط مى‌باشد. جفت‌هاى فنرى ناهموار و بزرگ بر روى کفش‌هاى اسکى نيروى کشش را در يک مسابقهٔ اسکى (مارپيچ) به اندازه‌‌اى زياد کرده است که براى هر دقيقه از زمان مسابقه در حدود ۳/۰ ثانيه به رکورد مسابقه‌دهنده اضافه شده است.

 

لذا در يک مسابقه که حدود ۲ دقيقه طول مى‌کشد و پرندگان با صدم‌هاى ثانيه از يکديگر متمايز مى‌شوند اهميت اين عامل يعنى صاف و لغزنده بودن سطح به‌طور بديهى روشن مى‌گردد. در شنا نيز به رابطهٔ سطح مواجه با آب و درجهٔ لغزندگى و صافى آن توجه و علاقه نشان داده شده است. به‌طور مثال آقاى کارپويچ (Peter.V.Karpovich) در يکى از مطالعات اوليهٔ مربوط به مقاومت آب در فنّ شناورى به اين نتيجه رسيد که استفاده از شلوار شناى پشمى در مقايسه با شلوار ابريشمى و يا بدون شلوار مقاومت را در اثر سُر خوردن روى آب زياد مى‌کند. اخيراً به اين مسئله بيشتر توجه شده است و براى کاهش احتمالى نيروى کشش به شناگران توصيه شده است تا موهاى دست و پا و سينهٔ خود را بتراشند ليکن بعيد به‌نظر مى‌رسد که اثر اين کار به آن اندازه باشد که بتواند در سرنوشت شناگر تغيير قابل توجهى ايجاد کند.

 اثر مگنوس (Magnus Effect)

براى اولين‌بار يکى از دانشمندان آلمانى به نيرويى که موجب حرکت قوسى و يا موزى‌شکل اجسام در فضا مى‌شود توجه نمود. ظرافت خيره‌کننده در پرواز قوسى‌شکل توپ در اکثر ورزش‌هاى توپى و به‌خصوص براى بازيکنان ماهر در ورزش گلف چيز ناشناخته‌اى نيست. در تنيس، بيسبال، فوتبال، واليبال و بسيارى از ورزش‌هاى ديگر نيز مى‌توان توپ را در يک مسير قوسى و يا موزى‌شکل در فضا به پرواز درآورد به شرط اينکه ورزشکار به اندازهٔ کافى و قبل از قرار گرفتن توپ در فضا، چرخش لازم را در آن ايجاد کرده باشد. اين ويژگى حرکت توپ در فضا را مى‌توان به شرح زير تفسير نمود. موقعى که يک جسم در حال چرخيدن است سعى دارد تا هواى مجاور خود را که در تماس مستقيم با سطح آن مى‌باشد همراه خود بچرخاند و اين هوا به نوبهٔ خود سعى مى‌کند بر روى هواى مجاور اثر بگذارد. با اين شيوه جسم داراى يک لايهٔ هوا در مرز و محدودهٔ خود مى‌شود که آن را با خود مى‌چرخاند. در تصوير A پيکان‌هاى A و B نمايانگر جهت چرخش توپ گلف همراه با لايهٔ هوايى مجاور آن مى‌باشند.


ايجاد چرخش بر روى توپ گلف تعادل فشار وارده بر آن را مختل مى‌کند و آن را از مسير مستقيم منحرف مى‌سازد.

ايجاد چرخش بر روى توپ گلف تعادل فشار وارده بر آن را مختل مى‌کند و آن را از مسير مستقيم منحرف مى‌سازد.

علاوه بر اين مشخص شده است که لايهٔ هوايى سمت چپ توپ مسير حرکتش با جريان هوا از روبرو يکسان مى‌باشد. در صورتى که در سمت ديگر توپ يعنى در سمت راست آن جهت حرکت لايهٔ هوايى مجاور توپ و جريان هوا از روبرو يکسان نبوده و مخالف يکديگر است. اين اختلاف در جهت حرکت لايهٔ هوايى مجاور توپ در دو سمت آن نسبت به جريان هوا از روبرو منجر به توليد اختلاف فشار هوا در دو سمت توپ مى‌شود. در سمت راست توپ که دو جريان داراى جهت‌هاى مخالف يکديگر هستند فشار هوا زياد خواهد بود ليکن در سمت چپ به‌علت يکسان بودن جهت دو جريان فشار هوا در آن منطقه کم بوده و در نتيجه اين اختلاف فشار هوا در دو سمت توپ، نيرويى به‌وجود مى‌آيد که بر روى توپ از راست به چپ اثر گذاشته، عمل مى‌کند و توپ را از مسير مستقيم خود به سمت چپ منحرف مى‌سازد.

 

باوجود اينکه اثر مگنوس در بعضى از ورزش‌ها دلخواه نبوده، موجبات شرمندگى ورزشکار را فراهم مى‌‌کند ليکن در بسيارى از ورزش‌ها اجراکنندهٔ مهارت با استادى آن را به‌کار برده و براى خود آن را به‌عنوان امتيازى به‌حساب مى‌آورد. حتيٰ در ورزشى مانند گلف که توپ‌هاى بريده يا قوسى معمولاً به‌عنوان خطا تلقى مى‌شوند در بعضى از موارد بازيکن از اثر مگنوس در ضربه‌زدن به توپ به سود خود بهره مى‌گيرد. به‌طور مثال موقعى که ضربه به‌طور صحيح به توپ گلف زده مى‌شود در آن توليد چرخش به عقب مى‌کند. اين چرخش در زير توپ توليد ناحيهٔ فشار هواى زياد کرده، به‌نوبهٔ خود باعث بالا رفتن و طولانى شدن پرواز توپ مى‌گردد.

 

آقايان کوچران و استوبز (Cochran and Stobbs) نمايش جالبى از اهميت اين مطلب در مقايسهٔ پرواز توپ گلف که يکى با چرخش به عقب و ديگرى بدن چرخش زده شده است ارائه نموده‌اند. در حالت اول که توپ با چرخش به عقب پرواز کرده است توپ به اندازهٔ ۷۰ فوت در هوا بالا مى‌رود و مدت ۵/۵ ثانيه در فضا بوده و مسافتى برابر با ۲۰۰ يارد را طى مى‌کند در صورتى که، در مقايسه، توپ بدون چرخش تنها به اندازهٔ ۲۰ فوت از زمين بلند شده، مدت پرواز آن ۱/۲ ثانيه و مسافت طى شده کمى بيشتر از ۱۱۲ يارد (۲/۱۰۱ متر) مى‌باشد. بازيکنان تنيس و تنيس روى ميز دقيقاً اثر عکس آن را در توپ ايجاد مى‌کنند اثر مگنوس در بالاى توپ ايجاد شده و آن را با فشار به طرف زمين مى‌راند و در نتيجه زمان پرواز توپ کوتاه مى‌شود و حريف وقت زيادى براى برگرداندن توپ در اختيار نخواهد داشت، اين امر موجب تعجيل در ضربه‌ زدن و احتمال ارتکاب خطا و اشتباه بيشتر از طرف حريف مى‌گردد. اين نوع ضربه‌ها که در توپ ايجاد چرخش به جلو مى‌کنند به‌طور گسترده و متداول به‌عنوان ضربه‌هاى تهاجمى به‌کار گرفته مى‌شوند.

 

اثر مگنوس مى‌تواند در ضربه‌هاى کُرنر در بازى فوتبال نيز مفيد و مؤثر واقع گردد. در صورتى که ضربه کمى از مرکز توپ دورتر و به‌طورى که توپ حول محور عمودى خود به چرخش درآيد، زده شود و در نتيجه فشار ايجاد شده در آن سمت توپ که از دروازه دورتر است بيشت بشود، (اثر مگنوس) توپ از مسير مستقيم خارج شده و احتمال دارد ضربهٔ کُرنر مستقيماً وارد دروازهٔ حريف گردد. (شکل B).


بازيکن فوتبال مى‌تواند در ضربهٔ مرکز با وارد کردن چرخش بر روى توپ آن را مستقيماً وارد دروازه کند.

بازيکن فوتبال مى‌تواند در ضربهٔ مرکز با وارد کردن چرخش بر روى توپ آن را مستقيماً وارد دروازه کند.

Back to top