لماذا تعد ذراع الانسان رافعة ؟ ” وما نوعها

الروافع هي عبارة عن آلات بسيطة مصنوعة من عارضة صلبة و قضيب ونقطة ارتكاز يتحرك عليها القضيب، ويتم تطبيق الجهد أو قوة الإدخال والحمل أو قوة الخرج على أي من طرفي العارضة، ونقطة الارتكاز هي النقطة التي تدور حولها العارضة، وعندما يتم تطبيق جهد على أحد طرفي الرافعة ، يتم تطبيق الحمل على الطرف الآخر من الرافعة، وهذا سوف يحرك كتلة إلى الأعلى، وتعتمد الرافعات على عزم الدوران لتشغيلها، وعزم الدوران هو مقدار القوة المطلوبة لجعل كائن ما يدور حول محوره (أو نقطة ارتكاز).

وتوفر الرافعة فائدةميكانيكية، وتشير الفائدة الميكانيكية إلى مقدار مضاعفة آلة بسيطة للقوة المطبقة عليها سيحدد موقع الجهد والحمل والمرتكز نوع الرافعة ومقدار الفائدة الميكانيكية التي تتمتع بها الماكينة، وكلما كان الجهد بعيدًا عن نقطة الارتكاز ، كان من الأسهل تحريك الحمل.

وتتكون الروافع من أربعة أجزاء وهي:

• ذراع الرافعة أو القضيب
• والمحور
• والجهد
• والحمل.

أنواع الروافع في جسم الإنسان وأهميتها

وتعمل العضلات والعظام في أجسامنا معًا لتشكيل رافعات، وتكون عارضة الرافعة عادة هي طول العظم، الذي يدور حول محور (عادة مفصل)، ويمكن استخدام الروافع سواء في أجسامنا أو بوجه عام بحيث يمكن لقوة صغيرة أن تحرك قوة أكبر منها بكثير، وهذه هي الفائدة الميكانيكية للروافع.

وفي أجسامنا:

• تعمل العظام كأذرع رافعة تعمل المفاصل كمحاور.
• 
  تعمل المفاصل كمحاور.
  
• كما توفر العضلات قوى الجهد لتحريك الأحمال.
• غالبًا ما تكون قوى الحمل هي أوزان أجزاء الجسم التي يتم تحريكها أو القوى اللازمة لرفع أو دفع أو سحب الأشياء خارج أجسامنا.

ويمكن أيضًا استخدام الرافعات لتكبير الحركة ، على سبيل المثال ، عند ركل الكرة ، تنتج تقلصات صغيرة في عضلات الساق حركة أكبر بكثير في نهاية الساق، والرافعات بوجه عام وفي أجسادنا أيضًا قادرة على منحنا ميزة القوة أو ميزة الحركة ولكن ليس كلاهما معا .

وتعتمد كفاءة الرافعة على نسبة ذراع الجهد لذراع التحميل،

و

ذراع الجهد (EA) هو المسافة بين نقطة الارتكاز والجهد،


في الجسم تكون هي المسافة بين المفصل وموقع إدخال العضلة، أما


ذراع التحميل (LA) هو المسافة بين نقطة الارتكاز والحمل ؛


في الجسم ،تكون هي المسافة بين المفصل وجزء الجسم المحمل.[1]

بوجه عام يتم تقسيم الروافع إلى ثلاثة أقسام وهي:

روافع الدرجة الأولى: وهي التي يكون فيها يقع محور الارتكاز بين ذراع القوة وذراع المقاومة، وهي يمكن إما أن تؤدي مهام ميكانيكية ولا توفر الجهد أو أنها توفر القوة وذلك تبعًا لنسبة طول ذراع القوة مقارنة مع ذراع المقاومة.

روافع الدرجة الثانية: تقع فيها درجة الارتكاز في المنتصف لكنها، أفضل نوع من الروافع لأن ذراع القوة بها يكون دائمًا أكبر من ذراع المقاومة.

روافع الدرجة الثالثة: تقع القوة فيها بين محور الارتكاز والمقاومة.

و

انواع الروافع في جسم الانسان

هي نفس الأنواع الثلاثة من الروافع، روافع الدرجة الاولى والدرجة الثانية والدرجة الثالثة حيث أن أجسامنا تتكون من مجموعة متنوعة من المفاصل الزليلية التي تعمل كنظام رافعة ، والمفاصل الزليلية هي مفاصل متحركة ومن أمثلتها الكتف والعمود الفقري والركبة والكوع والكاحل، وهذه المفاصل الزليلية، على ما يلي: الجهد (القوة المطبقة للعضلة في موقع إدخال العظم) ، نقطة ارتكاز (محور المفصل) ، وحمل (جزء الجسم أو الوزن المراد تحريكه).

لماذا تعد ذراع الانسان رافعة ؟ ” وما نوعها

يحتوي الذراع على مفصل زليلي وهو الكوع ومفصل الكوع هو مثال على رافعة من الدرجة الثالثة، كما هو موضح بالصورة:

نقطة الارتكاز أو المحور في الذراع=الكوع.

القضيب = العضلة ذات الرأسين الموجودة في الذراع.

الجهد = قوة العضلات في الذراع.

القوة=  هو قوة الجسم الذي نحركهه بأيدينا.

وهذا النوع من الروافع يعمل بالجهد بين الحمل ونقطة الارتكاز، والمسافة بين مفصل الكوع وموقع إدخال وتر العضلة ذات الرأسين صغيرة جدًا ، خاصةً عند مقارنتها بالمسافة بين مفصل الكوع والوزن في يدك، وذراع الجهد أقصر بكثير من ذراع التحميل ، لذلك تعتبر  يد الإنسان من روافع الدرجة الثالثة.

روافع الدرجة الدرجة الأولى في أجسامنا

بالنسبة للرافعة من الدرجة الأولى ، يقع محور الارتكاز بين الجهد والحمل، وفي أجسامنا المكان الذي تلتقي فيه الجمجمة بأعلى عمودك الفقري هو رافعة من الدرجة الأولى، فالجمجمة هي ذراع الرافعة وعضلات الرقبة في مؤخرة الجمجمة توفر القوة (الجهد) لرفع رأسك لأعلى ضد وزن الرأس (الحمل)، والمحور هو المكان الذي تلتقي فيه جمجمتك بأعلى عمودك الفقري، وعندما تسترخي عضلات الرقبة ، تومئ رأسك للأمام.

أمثلة على الروافع من الدرجة الثانية في أجسامنا

عندما يكون المحور عند مفاصل إصبع قدمك وتعمل قدمك كذراع رافعة، توفر عضلات ربلة الساق ووتر العرقوب الجهد المبذول عندما تنقبض عضلة الربلة، والحمل هو وزن جسمك ويزداد بالجهد (تقلص العضلات).

ولأن عضلة الساق تعتبر من روافع الدرجة الثانية تعتبر من أفضل أنواع الروافع ، ولأن عضلة الذراع تعتبر من روافع الدرجة الثالثة ، لذلك يمكن لعضلة الساق أن ترفع وزنًا أكبر من العضلة ذات الرأسين الموجودة في اليد، حتى لو كانت بنفس القوة.

ما هو عزم الدوران

في الأمثلة السابقة تعمل قوى الجهد والقوة أو الحمل في اتجاهات دوران معاكسة لبعضها البعض، إذا حاول الحمل تدوير الرافعة في اتجاه عقارب الساعة ، فإن الجهد يحاول قلب الرافعة عكس اتجاه عقارب الساعة، وللقوى التي تعمل على الرافعة أيضًا تأثيرات مختلفة اعتمادًا على بعدها عن محور الارتكاز.

على سبيل المثال ، عند دفع باب مفتوحًا ، يكون من الأسهل تحريك الباب إذا ضغطت على مقبض الباب بدلاً من قربه من الضغط على مفصلة الباب (المحور)، حيث يؤدي الضغط على الباب إلى تأثير الدوران ، مما يؤدي إلى الدوران (فتح الباب).

يمكنك زيادة مقدار عزم الدوران عن طريق زيادة حجم القوة أو زيادة المسافة التي تؤثر عليها القوة من المحور. هذا هو السبب في أن مقبض الباب بعيد عن المفصلة.

تنتج القوى من عضلاتنا عزم دوران حول مفاصلنا في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة، إذا كانت العزمان متساويتان ومتعاكستان فلن تدور الرافعة، إذا كانت غير متساوية ، فسوف تدور الرافعة في اتجاه عزم الدوران الأكبر.

الصيغة الرياضة لحساب عزم الدوران:

عزم الدوران= القوة * المسافة العمودية على المحور.[2]

وتقاس القوة بالنيوتن، بينما تقاس المسافة إلى المحور بالمتر أو بالسنتيمتر، ولذلك فإن وحدة قياس عزم الدوران إما نيوتن متر (Nm) أو نيوتن سنتيمتر (Ncm).