חפש רק בנושא זה






תן לי כוח: מהפיזיקה למשקולות

כוח הוא תופעה פיזיקלית שיכולה לשנות את מהירות הגוף שעליו היא פועלת. עמוס גילעד עושה את כל הדרך וחושף את המושג כוח מההגדרה הפיזיקלית המופשטת דרך השרירים בגוף האדם ועד לאימון הכוח בחדר הכושר
  15/01/06
מאמרים נוספים בתחום
חשיבות המשפחה בהתפתחות הילדה הספורטאית
עומקה של היוגה
מדוע הנבחרת האנגלית מרבה להחטיא בעיטות 11 מטר?
אימון ספורט קבוצתי: הילדים "האחרים"
מאמרים נוספים בתחום
שחיית פעוטות – במיוחד בחורף
פותחים עונה – כיצד עושים זאת נכון
הסמכת מאמנים בישראל – אל תרוצו לבזבז עוד כסף
בין תיאוריה ליישום – המאמן במשחקי הכדור מול המנהל בהיי־טק
פינת המאמן – חשיבות ההתאוששות ליציבות המשחק
אימון אישי בענפי הכדור בספורט המודרני
יציבה ויוגה: היבטים קינזיולוגיים בתרגול
TRAIN YOUR LIMITATION & Race Your Strength
אימון כוח בילדים – הנחיות חדשות
אופניים – אימוני כוח מרבי בסינגל־טראק
יחסים מסוכנים – הורמונים ואימוני התנגדות
פעילות גופנית – אל תלכו על הגישה הטוטאלית
מסגרת אימונים קבועה – המתכון להצלחה
דור הסימום העתידי: הסימום הגנטי
קיקבוקסינג עממי – היתרונות והפציעות
האם נשים טובות יותר מגברים? הן בוודאות אינן גרועות יותר
אימון כוח לרצים צעירים (בגילאי 18-10)
שחק אותה קול – חשיבות השחרור וההרפיה
המאמן כמנהל - מנהל כמאמן
אימון הדמיה: מציאות "על יבש"
על מרכיבי המהירות
ממשיכים לשמור על הכוח
הסודות שמאחורי מרכיבי הכוח
כוחם יפה: אימון כוח למבוגרים
מאמרים נוספים בתחום

צילום: צביקה פולק
מהו כוח?


הגדרה:
כוח הוא תופעה פיזיקלית, שיכולה לשנות את מהירותו של גוף שעליו היא פועלת.


הרחבות:

"לשנות את מהירותו": להגדיל, להקטין או לשנות כיוון של מהירות קיימת, או ליצור מהירות במקום שלא הייתה קודם. מידת השינוי מחולקת בזמן הנדרש לשינוי נקראת תאוצה.


"יכולה לשנות"
: אם הגוף אינו חופשי לנוע, הכוח יעוות את הגוף (ישנה את צורתו). בהרבה מקרים, חלק מהשפעת הכוח יתבטא בתאוצת הגוף וחלק בעיוותו.

לגופים יש נטייה להתנגד לשינויי מהירות, תכונה הנקראת התמד. כשמדובר בתנועה בקו ישר, מידת ההתמד יחסית למסת הגוף.


כאשר כוח פועל על גוף שיכול לנוע, קוראים למכפלת הכוח במרחק שהגוף עובר (בכיוון פעולת הכוח) עבודה. ליכולת לבצע עבודה קוראים אנרגיה.


עבודה יכולה להתבצע מהר או לאט; לקצב ביצוע העבודה (מידת העבודה מחולקת בזמן הביצוע) קוראים הספק.


כוח הפועל על גוף הקשור לציר (והכוח אינו עובר דרך הציר), כך שהוא נוטה לסובב את הגוף, יוצר מומנט. גודל המומנט הוא מכפלת הכוח במרחק שבין קו פעולת הכוח לציר הסיבוב: כוח גדול הפועל קרוב לציר יוצר את אותו מומנט כמו כוח קטן הפועל במרחק רב מהציר
.

יחידות מידה (במערכת היחידות האוניברסלית "העקבית" SI):

  • יחידת המידה של הכוח היא ניוטון, שסימנו N; ניוטון אחד הוא הכוח שיקנה למסה של קילוגרם אחד שינוי מהירות של 1 מטר בשנייה תוך שנייה אחת.

      

  • יחידת המידה של העבודה (ושל האנרגיה) היא ז'וּל, שסימנו J; ז'ול אחד הוא העבודה המתבצעת על ידי ניוטון אחד לאורך מטר אחד.

          

 

  • יחידת המידה של ההספק היא ואט, שסימנו W; עבודה של ז'ול אחד המתבצעת תוך שנייה אחת מתבצעת בהספק של ואט אחד.

         

  

  • יחידת המידה של המומנט היא הניוטון-מטר, N*m; לא הופכים את הניוטון-מטר לז'ול!

 הערה לשונית

לפני שניגש לטפל בתופעת הכוח בפירוט, כאחד ממרכיבי הכושר הגופני, יש להעיר הערה לשונית, שמקורה בכך שהשפה התפתחה לפני שלאנשים היה ידע מספיק לגבי מה הוא באמת כוח:

בצד המילה "כוח" קיימת גם המילה "חוזק". אנו רגילים לומר על אדם שכוחו רב, שהוא אדם חזק. אבל חוזק זה דבר שונה לחלוטין מכוח. חוזק הוא יכולתו של גוף לעמוד בפני מאמצי עיוות כשכוח מופעל עליו. ברזל חזק יותר מעץ: מוט מברזל יחזיק מעמד בלי להישבר או להתכופף כשפועל עליו כוח שהיה שובר מוט מעץ בעל אותן מידות. לכן נכון יותר לומר על אדם שכוחו רב שהוא "רב-כוח" או "עתיר כוח" ולא שהוא "חזק"; אבל לא נוכל לשנות את הרגלי השפה, גם כשהם שגויים בעליל. באנגלית קיימת אותה בעיה: כוח זה force, חוזק זה strength, ועל אדם בעל כוח רב אומרים שהוא strong במקום forceful, מילה שמשמשת לתיאור דבר שונה. התוצאה היא, שאימון כוח נקרא באנגלית "אימון חוזק": strength training, ובהקשר זה יש לציין כי ספרות מדעי הספורט בשפה האנגלית ממילא רצופה בעיות וחולשות.


השרירים

 

בעולם הספורט מקובל להגדיר כוח כיכולת לגבור על התנגדויות ועל כוחות חיצוניים או לעכבם על ידי פעילות שרירית.


שריר הוא, בעצם, מכשיר להמרת אנרגיות: הוא ממיר אנרגיה כימית לאנרגיה מכנית. הוא עושה זאת כתגובה לאות המגיע אליו דרך המערכת העצבית. האנרגיה המכנית מתבטאת בכוח הכיווץ של השריר: השריר שואף לקרב את קצותיו זה לזה (שואף להתקצר); הקצוות קשורים לעצמות שלד, וכך השריר שואף להניע אותם זו אל זו.


בין העצמות נמצא המִפרק, המשמש כציר. קצות השריר המחוברים לעצמות במרחק מהציר (לעתים קרובים לציר, לעתים מרוחקים ממנו) מפעילים על העצמות כוח שאינו עובר דרך ה"ציר" ולכן יוצרים מומנט. גודל המומנט תלוי בגודל הכוח שהשריר מפיק ובמרחק שבין קו פעולת הכוח למפרק.


המערכת העצבית יכולה "להורות" לשריר להפיק יותר כוח או פחות, לפי צורכי "המשימה". אבל לכל שריר יש כוח מרבי שהוא יכול להפיק. הכוח המרבי תלוי:

א.       בשטח החתך היעיל של השריר;

ב.       ביעילות העצבוב של השריר.


אנו, כמאמנים, מעוניינים להגדיל ככל האפשר את הכוח המרבי שהשריר מסוגל להפיק. את נקודות החיבור של השריר (ובכך את מרחק קו פעולת הכוח מהציר) איננו יכולים לשנות. לכן, אימון כוח יתרכז בהגדלת שטח החתך של השריר ובשיפור יכולת העצבוב שלו.

בכל סיב שריר יש ליפונים (או סיבונים) ובתוכם שני סוגי זירים (אַקְטִין ומיוֹסִין). כיווץ השריר נגרם על ידי החלקת הזירים זה על גבי זה. באיורים מימין מוצגים, באיור העליון, היחסים בין הזירים במצבי התארכות שונים של הסרקומר (יחידת הכיווץ הקטנה ביותר בשריר), ואילו באיור התחתון השתנות הכוח שהסרקומר מסוגל לפתח במצבים אלה.

אם נמתח את הסרקומר במידה מוגזמת (מצב c באיורים משמאל), ינותק הקשר בין זירי האקטין לזירי המיוסין, והסרקומר לא יוכל להתכווץ. במצב מנוחה, או כשהשריר מתוח מעט מעבר למצב מנוחה (כמו במצב b באיורים משמאל), מנגנון ההחלקה הזה פועל כיאות, והסרקומר יכול להפיל את מלוא כוחו. אולם, כשהסרקומר מתכווץ במידה ניכרת, מתחילים זירי האקטין להחליק זה על גבי זה ובכך להפריע להחלקה סדירה. כשהסרקומר מתכווץ עוד (מצב a באיורים משמאל), לוחיות הביניים (לוחיות Z) מתקרבות יותר מדי לקצות זירי המיוסין ומפריעות להמשך תהליך הכיווץ. התוצאה הסופית היא, שהסרקומר נמצא בשיא יעילותו כשאורכו בין 120% ל-80% ממצב המנוחה שלו; כשהוא מכווץ עוד, כוחו פוחת, עד לכך שכשאורכו הוא כ-60% ממצב המנוחה, הוא אינו מפיק עוד כוח כלל. המסקנה הסופית היא, שהכוח המרבי שסיב מסוגל לפתח אינו גודל קבוע, אלא מושפע מאורכו ומשתנה בהתאם לאורכו בכל רגע.


פעולת השריר והמפרק

בנקודה זו עלינו לקחת בחשבון גורם נוסף: מה שמעניין אותנו מבחינה מעשית, אינו הכוח שסיב השריר, או כלל סיבי השריר, מסוגלים להפיק, אלא תרגומו של כוח זה למומנט סביב המפרק הנוגע בדבר. מומנט זה תלוי, כמובן, בעוצמת הכוח של השריר, אבל גם, ובמידה שווה, במרחק של קו הכוח מהמפרק. האיור שלהלן, אף כי הוא סכמטי מאוד, מבהיר את העניין. האיור מציג שריר המחבר בין שתי עצמות ומניע אותן זו אל זו:

בחלק השמאלי של האיור, ניתן לראות את השריר במצב רפוי, והזווית בין שתי העצמות היא כ-1600; בחלק הימני, השריר התכווץ, והזווית השתנתה ל-1350.

השריר התקצר לכדי 95% מאורכו במצב הרפוי; באותה שעה, גדל המרחק בין ציר השריר (קו פעולת הכוח) והמפרק שבין העצמות, ל-178% מהמרחק המקורי. אין להניח שהתקצרות מעין זו תקטין את יכולת הפקת הכוח של השריר; ולכן המומנט יגדל ב-78%.

איור זה הוא מפושט מאוד. במציאות יש עוד הרבה גורמים נוספים. בדרך כלל יש יותר משריר אחד הפועל להנעת העצמות סביב המפרק, המפרק אינו ציר פשוט ולעתים ציר הסיבוב משנה את מיקומו בתוך המפרק, יש השפעה לרקמות העוטפות את מהפרק, השרירים אינם מחוברים לעצמות בנקודה בודדת, אלא על פני משטח, ועוד. לכן, באופן מציאותי, אנחנו מודדים את השתנות המומנט בזויות השונות (וגם במהירויות תנועה שונות) ומשתמשים בעקומות המתארות מדידות אלה כדי לקבוע היכן שיא הכוח וכיצד הוא משתנה. בידע זה משתמשים כדי לתכנן נכון את תרגילי אימון הכוח והמכשירים המשמשים לכך, ולעתים גם למיטוב טכניקות ספורטיביות.            

 

האיורים מימין מציגים מהלכי מומנט בברך, בעת פשיטה (איור עליון) ובעת כפיפה (איור תחתון). הקצה הימני בכל גרף מתאר את המצב כשהברך במצב פשיטה מלאה (1800).

מהירות הכיווץ


גורם נוסף המשפיע על הכוח המרבי ששריר יכול להפיק, הוא מהירות  הכיווץ. ככל שתנועת הכיווץ מהירה יותר, הכוח שהשריר מסוגל לספק יורד. אם נגדיל את המהירות של תנועת קצות השריר עוד ועוד, נגיע בסוף למהירות שיא, שבה הכוח שניתן להפיק מהשריר הוא 0, ולכן אין עוד אפשרות להגדיל את המהירות. מצד שני, כשהמהירות היא 0, כלומר, כשהשריר פועל נגד התנגדות שאינו יכול לגבור עליה, יפיק השריר את כוחו המרבי. ואם ההתנגדות החיצונית מצליחה להאריך את השריר המנסה להתכווץ, כלומר, מהירות הכיווץ היא שלילית, נקבל אפילו כוח רב יותר. אנו קוראים לפעולה שבה השריר מתקצר, פעולה (או כיווץ) קוֹנְצֶנְטְרי; כשהכיווץ אינו מצליח להניע את העצמות (המהירות היא 0), זהו כיווץ אִיזוֹמֶטְרי, וכשמהירות הכיווץ שלילית, כלומר השריר נכנע לכוח החיצון ומתארך במקום להתקצר, זוהי פעולה אֶקְסְצֶנְטרית.


האיור הבא מראה סיכום של מדידות כוח שנעשו במסגרת פשיטת ברך במהירויות שונות:


עיון באיור הזה מוביל אותנו לטפל בסוגיות גיוס היחידות המוטוריות: כמה, לפי איזה סדר, כיצד
נושאים אלה יטופלו בחלק השני של מאמר זה.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

עמוס גילעד - מהנדס, דאן 7 בג'ודו; רכז תחום הג'ודו בביה"ס למאמנים ולמדריכים ע"ש נט הולמן במכון וינגייט; רכז נושאי מדע, מחקר וייעוץ באיגוד הג'ודו בישראל

StatCounter - Free Web Tracker and Counter StatCounter - Free Web Tracker and CounterStatCounter - Free Web Tracker and Counter


תגובות הוסף תגובה
1.כתבה יפה!איציק18/01/12
משחק מנהלים
המאמן בעידן המודרני כבר איננו רק "מכונת אימונים" ונדרש להפגין גם כישורי ניהול שונים


תשתחררו
כולם מכירים את חשיבות החימום לפני האימון, רבים מזניחים את השחרור וההרפיה אחריו. מולי אפשטיין מסביר כמה זה חשוב


מציאות מדומה
אימון הדמיה הוא חלק חשוב בתוכנית האימונים. המטרה: להכיר את סיטואציית התחרות ואת תגובות הספורטאי ולהפחית את הלחץ


כדור לבטן
ענת מאיר מציגה סדרת תרגילים לחיזוק שרירי הבטן עם כדור כוח גמיש