מומנט התנגדות ומומנט כוח והקשר שלהם לסוגי כיווץ / ד"ר ז"ש
התנגדות היא המשקל של האיבר ושל החפץ.
זרוע ההתנגדות, היא זרועה העמסה, המרחק של מרכז הכובד של ההתנגדות מציר (מפרק) הפעולה.
מומנט ההתנגדות הוא מכפלה של מרכז הכובד של ההתנגדות הכוללת(הפנימית והחיצונית) וזרוע העמסה.
כוח השריר היא היכולת של השריר לפעול כנגד מומנט ההתנגדות.
זרוע הכוח, היא המרחק של חיבור של גיד השריר העיקרי מציר (מפרק) הפעולה. ככל שזרוע הכוח ארוכה יותר מומנט הכוח עולה מאפשר לגבור על מומנט ההתנגדות ולכן זרוע הכוח חשוב ביותר ליצירת מומנט כוח גדול.
מומנט הכוח הוא מכפלה של זרוע הכוח בכוח השריר. ככל שמומנט הכוח גדול היכולת שלו לגבור על מומנט ההתנגדות גדל.
מה שקובע את זרוע הכוח הוא המרחק חיבור גיד השריר מהציר (ממפרק הפעולה).
ישנם שרירים שמחוברים רחוק ממפרק הפעולה, שרירים אלה נועדו להתמודד מול התנגדות גדולה.
ישנם שרירים שמחוברים קרוב למפרק הפעולה, שרירים אלה בעלי יתרון תנועתי, כלומר תנועה קטנה בהם תגרום לתנועה ארוכה בקצה האיבר. שרירים אלה נועדו למשימות שדרוש דיוק ומהירות גדולה בקצה האיבר.
מה ההבדל בין שרירים שיש להם יתרון מכאני(זרוע כוח ארוכה) לבין אלה שיש להם יתרון תנועתי (זרוע כוח קצרה)?
- הערה : כאשר נכתב זרוע כוח קצרה או ארוכה היא ביחס לזרוע העמסה (ההתנגדות).
דוגמה ליתרון מכאני (מנוף מסוג 2) ודוגמה ליתרון תנועתי (מנוף מסוג 3).
לשרירים מסוימים יש יתרון מכאני ושרירים אחרים יש להם יתרון תנועתי, אם כן, מה ההבדלים בין שני יתרונות אלה ?
ציין שרירים שיש להם יתרון מכני וכאלה שיש להם יתרון תנועתי
והסבר מדוע בחרת במה שבחרת ?
ההבדל בין יתרון מכאני ליתרון תנועתי קשור למערכת המנופים בגוף ולמיקום גיד השריר העיקרי ביחס לציר התנועה (מפרק הפעולה).
- יתרון מכאני מתקבל כאשר הזרוע שעליה פועל הכוח (=זרוע הכוח) ארוכה יותר מזרוע ההתנגדות(=הזרוע עליה פועלת ההתנגדות (מרכז הכובד של ההתנגדות ביחס לציר המפרק)).
- במצב זה, ניתן להפעיל פחות כוח כדי להתגבר על ההתנגדות.
- דוגמה: שריר התאומים (Gastrocnemius), שפועל על מפרק הקרסול במנוף מסוג 2, שבו כוח השריר פועל רחוק מציר התנועה בהשוואה להתנגדות, ומאפשר הפעלת כוח יעילה. כלומר הפעלה של פחות כוח כדי לגבור על ההתנגדות.
- גיד שריר התאומים מחובר לעצם העקב רחוק יותר ממרכז הכובד של ההתנגדות לציר הקרסול.
- יתרון תנועתי מתקבל כאשר זרוע ההתנגדות ארוכה מזרוע הכוח. זה דורש יותר כוח מהשריר להפעלת התנועה, אך מאפשר תנועה מהירה יותר בקצה האיבר ובטווח תנועה גדול יותר.
- דוגמה: שריר הדו-ראשי של הזרוע (Biceps Brachii), שפועל במנוף מסוג 3 שבו כוח השריר מיושם קרוב לציר התנועה יחסית לנקודת ההתנגדות. מצב זה מצריך יותר כוח אך מאפשר תנועה מהירה ומדויקת יותר.
- השריר במקרה זה שריר להפעיל יותר כוח ולכן הפעולה מדויקת יותר.
מדוע מאפשרת תנועה מהירה ומדויקת יותר במנוף מסוג 3 ?
מנוף מסוג 3 (הנפוץ ביותר בגוף האדם)
מאפשר תנועה מהירה ומדויקת יותר בגלל המבנה שלו:
- זרוע ההתנגדות ארוכה מזרוע הכוח – הכוח מופעל קרוב יותר לציר התנועה מאשר ההתנגדות.
- יתרון תנועתי – תנועה קטנה בשריר גורמת לתנועה גדולה יותר בקצה האיבר שמרים את ההתנגדות, מה שמוביל למהירות גבוהה יותר של התנועה בקצה האיבר.
- שליטה מדויקת – בגלל רגישות השינוי בזווית המפרק, מנופים מסוג 3 משמשים לתנועות עדינות כמו הנעת הידיים או האצבעות.
דוגמה:
בשריר הדו-ראשי של הזרוע (Biceps Brachii), השריר מחובר קרוב מאוד למפרק המרפק, אך נקודת ההתנגדות היא בכף היד. לכן, תנועה קטנה במרפק גורמת לתזוזה משמעותית בכף היד, דבר שמאפשר מהירות גבוהה ושליטה טובה.
סיבה לבחירה:
- השרירים שיש להם יתרון מכאני מתאימים למצבים שבהם נדרש כוח רב, כמו הרמת הגוף על קצות האצבעות.
- השרירים שיש להם יתרון תנועתי מתאימים לפעולות הדורשות מהירות ודיוק, כמו תנועות זריזות של הידיים.
מדוע לדעתך שריר התאומים (Gastrocnemius), שפועל על מפרק הקרסול במנוף מסוג 2, שבו כוח השריר פועל רחוק מציר התנועה ?
שריר התאומים (Gastrocnemius) פועל על מפרק הקרסול באמצעות מנוף מסוג 2, שבו נקודת הפעלת הכוח (החיבור של גיד התאומים לעצם העקב) רחוקה יותר מזרוע ההתנגדות (מרכז מסת הגוף) ביחס לציר (מפרק הקרסול).
במנוף מסוג 2, זרוע הכוח (המרחק מנקודת החיבור של גיד אכילס ועד לציר התנועה (הקרסול)) ארוכה יותר מזרוע ההתנגדות (המרחק ממרכז הכובד של הגוף לציר התנועה, לקרסול).
כתוצאה מכך, נדרש פחות כוח כדי להרים את הגוף על קצות האצבעות, מה שמעניק לשריר יתרון מכאני.
מדוע הכוח(גיד השריר מרוחק ממפרק הפעולה שעליו הוא עובר) פועל רחוק מציר התנועה( ממפרק הפעולה) ?
- יעילות מכנית – ככל שהכוח מופעל רחוק יותר מהציר(מפרק הפעולה עליו הוא עובר), כך ניתן להפיק יותר מומנט(כוח כפול ציר התנועה ולבצע את התנועה בקלות יחסית.
- תפקוד ביומכאני – גיד אכילס מחובר לעצם העקב הרחק מהציר, מה שמאפשר לשריר התאומים להפיק כוח רב בניצול אופטימלי של עקרונות המנוף.
- תנועה יומיומית – היכולת לעמוד על קצות האצבעות, לקפוץ ולרוץ מתאפשרת בזכות היתרון המכני של מנוף זה.
דוגמה לפעולה עדינה ומדויקת שמבוצעת על ידי שרירים הפועלים במנוף מסוג 3:
כתיבה בעט או ציור – הפעולה מערבת מספר שרירים קטנים המאפשרים דיוק ושליטה גבוהה, כמו:
- שרירי כופפי האצבעות (Flexor Digitorum Superficialis & Profundus) – מאפשרים אחיזה עדינה והפעלת לחץ מדויק על העט.
- שריר הדו-ראשי של הזרוע (Biceps Brachii) – שומר על יציבות היד ומאפשר הרמה והורדה מבוקרת.
- שריר הדלתא (Deltoid) – מאפשר תנועות עדינות של הזרוע תוך כדי הכתיבה.
מדוע זה מחייב מנוף מסוג 3?
- התנועה מהירה ומדויקת – שינוי קטן בזווית המפרק מוביל לתנועה משמעותית בקצה האצבע.
- הדיוק חשוב יותר מהכוח – אין צורך בהרמת משקל כבד, אלא בשליטה עדינה בתנועה.
- תנועות קטנות בשריר מאפשרות שליטה מעולה בתנועות היד והאצבעות.
מדוע שריר התאומים (Gastrocnemius), שעובר ופועל על מפרק הקרסול במנוף מסוג 2, שבו כוח השריר פועל רחוק מציר התנועה ביחס למרכז כובד ההתנגדות ?
שריר התאומים (Gastrocnemius) פועל על מפרק הקרסול באמצעות מנוף מסוג 2, שבו ההתנגדות (משקל הגוף) נמצאת בין הציר (מפרק הקרסול) לבין נקודת הפעלת הכוח (החיבור של הגיד לאכילס).
במנוף מסוג 2, זרוע הכוח (המרחק מנקודת החיבור של הגיד לעצם העקב ועד לציר התנועה) ארוכה יותר מזרוע ההתנגדות (המרחק ממרכז הכובד של הגוף לציר התנועה). כתוצאה מכך, נדרש פחות כוח כדי להרים את הגוף על קצות האצבעות, מה שמעניק לשריר יתרון מכאני.
מדוע הכוח פועל רחוק מציר התנועה?
- יעילות מכנית – ככל שהכוח מופעל רחוק יותר מהציר, כך ניתן להפיק יותר מומנט ולבצע את התנועה בקלות יחסית.
- תפקוד ביומכאני – גיד אכילס מחובר לעצם העקב הרחק מהציר, מה שמאפשר לשריר התאומים להפיק כוח רב בניצול אופטימלי של עקרונות המנוף.
- תנועה יומיומית – היכולת לעמוד על קצות האצבעות, לקפוץ ולרוץ מתאפשרת בזכות היתרון המכני של מנוף זה.
תפקיד החיבור
גיד אכילס מעביר את הכוח משרירי השוק אל עצם העקב, מה שמאפשר פעולות כמו עמידה על קצות האצבעות, הליכה, ריצה וקפיצה.
בפעולות שדורשות כוח נשתמש במנוף מסוג 2 ואילו בפעולות שדורשות שליטה ודיוק נשתמש במנוף מסוג 3.
כאשר ממונט הכוח גובר על מומנט ההתנגדות הכיווץ הוא קונצנטרי.
כאשר מומנט ההתנגדות גובר על מומנט הכוח הכיווץ הוא אקסצנטרי
וכאשר מומנט הכוחשווה למומנט ההתנגדות הכיווץ הוא איזומטרי (סטטי).
בכל אופן בכיווץ קונצנטרי ובכיווץ אקסצנטרי הכיווץ הוא איזוטוני, כלומר, מהירות התנועה משתנה במפרק בהתאם לכוח המופק בשריר ביחס להתנגדות שמולה הוא פועל.
