Biomechanics PDF

Biomechanics Kinesiology is the scientific study of human movement, and biomechanics is one of many academic subdiscip lines of kinesiology. Biomechanics involves the precise description of human movement and the study of its causes. Since the study of biomechanics is related to professional practic...

Biomechanics Kinesiology is the scientific study of human movement, and biomechanics is one of many academic subdiscip lines of kinesiology. Biomechanics involves the precise description of human movement and the study of its causes. Since the study of biomechanics is related to professional practice in many kinesiology professions, the educator or coach who teaches a specific movement skill or technique uses biomechanics to accurately analyze movement, and even the physical therapist relies on it in his treatment of injured people. The process of studying the movement of the human body has gone through multiple stages linked to the emergence of many devices and tools that other sciences have used in various fields of scientific study. ‫الميكانيكا الحيوية‬ ‫ يتضمن‬.‫ والميكانيكا الحيوية هي أحد فروع علم الحركة األكاديمية العديدة‬،‫علم الحركة هو الدراسة العلمية لحركة اإلنسان‬ ‫نظرا ألن دراسة الميكانيكا الحيوية مرتبطة‬ ً.‫علم الميكانيكا الحيوية الوصف الدقيق لحركة اإلنسان ودراسة أسبابها‬ ‫ فإن المعلم أو المدرب الذي يعلم مهارة أو تقنية حركية معينة يستخدم‬،‫بالممارسة المهنية في العديد من مهن علم الحركة‬ ‫ لقد مرت عملية دراسة‬.‫ وحتى المعالج الطبيعي يعتمد عليها في عالجه للمصابين‬،‫الميكانيكا الحيوية لتحليل الحركة بدقة‬ ‫حركة جسم اإلنسان بمراحل متعددة مرتبطة بظهور العديد من األجهزة واألدوات التي استخدمتها العلوم األخرى في‬.‫مجاالت مختلفة من الدراسة العلمية‬ The concept of biomechanics: Biomechanics has been defined as the study of the movement of living organisms using the science of mechanics, which is the science that investigates the movement and rest of living organisms. It is the science of studying the general laws of motion and mutual mechanical influence between bodies Biomechanics is the science of studying the general laws of movement and mechanical. influence, and the term biomechanics has become commonly used since the seventies as the field of study that specializes in the mechanical analysis of the movement of living bodies, so that it is concerned with the application of mechanical principles in studying the movement of a living organism, or it is the science that describes the conditions of rest and the conditions of movement. Under the influence of a group of forces. ‫ وهو‬،‫ تم تعريف الميكانيكا الحيوية على أنها دراسة حركة الكائنات الحية باستخدام علم الميكانيكا‬:‫مفهوم الميكانيكا الحيوية‬ ‫ إنه علم دراسة القوانين العامة للحركة والتأثير الميكانيكي المتبادل بين‬.‫العلم الذي يبحث في حركة وراحة الكائنات الحية‬ ‫األجسام‬ ‫ وقد أصبح مصطلح الميكانيكا الحيوية شائع‬،‫الميكانيكا الحيوية هي علم دراسة القوانين العامة للحركة والتأثير الميكانيكي‬ ‫ بحيث يهتم بتطبيق‬،‫االستخدام منذ السبعينيات كمجال دراسي متخصص في التحليل الميكانيكي لحركة األجسام الحية‬ ‫ تحت تأثير‬.‫ أو هو العلم الذي يصف ظروف السكون وظروف الحركة‬،‫المبادئ الميكانيكية في دراسة حركة الكائن الحي‬.‫مجموعة من القوى‬ Biomechanics Departments A - (Statics): Statics is a branch of mechanics that deals with motion stability systems. It is the branch that investigates the stillness of bodies under the influence of forces. The forces that change the state of the body are described as balanced, and the body is said to be in a state of balance under their influence. And It examines the conditions for the equilibrium of bodies upon which forces act. This is what results in the sense of studying the conditions of the bodies’ rest. This study is often the study of the conditions that must be met by the forces.acting on the body in order to lead to its rest or movement B - Dynamics: A branch of mechanics that deals with systems in which there is acceleration (acceleration) in movement, and it is the branch that investigates the movement of bodies. :‫ينقسم علم الديناميكا إلى قسمين رئيسيين‬ ‫ وتدرس خصائص الحركة من وجهة‬،‫الكينماتيكا هي القسم الذي يصف الحركة باإلضافة إلى االهتمام بالمكان والزمان‬- 1 ‫نظر هندسية (وصف الحركة بطريقة مجردة دون التطرق إلى القوى المسببة لها) مثل الموضع واإلزاحة والسرعة‬ ‫ سرعة الحركة سواء في خط مستقيم أو في اتجاه‬.‫ أي دراسة حركة األجسام من حيث الزمن واإلزاحة والسرعة‬.‫والتسارع‬.‫دائري‬ ‫ بما في‬،‫ ودراسة القوى المرتبطة بالحركة‬،‫ الكينماتيكا هي القسم الذي يبحث في تأثير القوى المسببة أو المتغيرة للحركة‬-2.‫ذلك القوى المسببة للحركة والقوى الناتجة عن الحركة‬ Biomechanical purposes. Improving performance. Optimal use of human biological potential in light of mechanical laws to achieve movement as efficiently as possible. Develop and discover the most appropriate methods for teaching and training different movements. Reducing the chances of injury. Detect errors in daily life skills and address them. ‫ االستخدام األمثل لإلمكانات البيولوجية البشرية في ضوء القوانين الميكانيكية‬.‫ تحسين األداء‬:‫األغراض البايوميكانيكية‬ ‫ تقليل‬.‫ تطوير واكتشاف أنسب الطرق لتعليم وتدريب الحركات المختلفة‬.‫لتحقيق الحركة بأكبر قدر ممكن من الكفاءة‬.‫ اكتشاف األخطاء في مهارات الحياة اليومية ومعالجتها‬.‫فرص اإلصابة‬ The importance of biomechanics It helps the individual master motor performance and reach the desired level of movement efficiently. It helps the individual understand the movements he performs, which helps him perform them in a correct manner and avoid accidents and danger. It helps the individual to feel and use the limbs and various parts of the body well. It helps to reach the championship level if he has the capabilities by applying mechanical and motor principles and laws in training. Provides the individual with the ability to analyze different movements. It facilitates the teaching process for the teacher by using scientific foundations in terms of analyzing sports movements and thus making it possible to identify errors, discover them, and work to correct them while knowingthe technical points specific to each movement skill. It helps the teacher develop the appropriate program according to age, gender, and health condition, as well as developing a program for the disabled..‫ تساعد الفرد على إتقان األداء الحركي والوصول إلى المستوى الحركي المطلوب بكفاءة‬:‫أهمية الميكانيكا الحيوية‬ ‫ تساعد الفرد‬.‫تساعد الفرد على فهم الحركات التي يؤديها مما يساعده على أدائها بشكل صحيح وتجنب الحوادث والخطر‬ ‫ تساعد على الوصول إلى مستوى البطولة إذا‬.‫على الشعور باألطراف وأجزاء الجسم المختلفة واستخدامها بشكل جيد‬ ‫ تمنح الفرد القدرة على تحليل‬.‫كانت لديه اإلمكانيات من خالل تطبيق المبادئ والقوانين الميكانيكية والحركية في التدريب‬ ‫ تسهل عملية التدريس للمعلم باستخدام األسس العلمية في تحليل الحركات الرياضية وبالتالي تمكن من‬.‫الحركات المختلفة‬ ‫ تساعد المعلم على‬.‫تحديد األخطاء واكتشافها والعمل على تصحيحها مع معرفة النقاط الفنية الخاصة بكل مهارة حركية‬.‫وضع البرنامج المناسب حسب العمر والجنس والحالة الصحية وكذلك وضع برنامج للمعاقين‬  Amputation and diabetes Amputation is the surgical removal of one or both limbs (arm or leg) or any other body part due to injury or disease, such as diabetes or cancer. Factors that lead to a greater risk of amputation include High blood sugar levels Smoking Nerve damage in the feet Calluses Foot deformities )Poor circulation to the arms and legs (peripheral arterial disease Having a history of foot ulcers Being subjected to amputation in the past Having vision problems Kidney diseases Hypertension; Higher than 140/80 mmHg  ‫البتر والسكري‬ ‫ مثل‬،‫البتر هو اإلزالة الجراحية لطرف أو كليهما (الذراع أو الساق) أو أي جزء آخر من الجسم بسبب إصابة أو مرض‬.‫مرض السكري أو السرطان‬ :‫العوامل التي تؤدي إلى زيادة خطر البتر تشمل‬ ‫ارتفاع مستويات السكر في الدم‬ ‫التدخين‬ ‫تلف األعصاب في القدمين‬ )‫النسيج المتصلب (الكالو‬ ‫تشوهات القدم‬ )‫ضعف الدورة الدموية في الذراعين والساقين (مرض الشرايين الطرفية‬ ‫وجود تاريخ من قرح القدم‬ ‫التعرض للبتر في الماضي‬ ‫وجود مشاكل في الرؤية‬ ‫أمراض الكلى‬ ‫ مم زئبق‬80/140 ‫ارتفاع ضغط الدم؛ أعلى من‬ Here's how to keep your feet healthy Preventing foot ulcers The best way to prevent diabetes complications, including foot ulcers, is to control your diabetes. This includes following a healthy diet, exercising regularly, measuring blood sugar.regularly, and taking medication correctly Examine the feet daily. It is recommended to check your feet daily for any blisters, cuts, -1.cracks, infections, redness, tenderness or swelling Wash your feet daily. Wash your feet in lukewarm (not hot) water once a day. Dry them -2.gently, especially between the fingers ‫‪Put talcum powder or starch between your toes to keep the skin dry. You can use a -3‬‬ ‫‪.moisturizing cream or ointment on the outsides and soles of the feet to keep the skin soft‬‬ ‫‪Do not remove calluses or other foot lesions yourself. To avoid cutting your skin, do not -4‬‬ ‫‪use a nail file, nail clippers, or scissors to remove calluses, corns, or warts. Do not use‬‬ ‫‪.chemical wart removers‬‬ ‫‪Trim your toenails carefully. Cut your nails straight. Carefully file the sharp nail tips with -5‬‬ ‫‪.a nail file‬‬ ‫‪Do not walk barefoot. To protect your feet from injury, it is recommended not to walk -6‬‬ ‫‪.barefoot even around the house‬‬ ‫إليك كيفية الحفاظ على صحة قدميك‬ ‫الوقاية من تقرحات القدم‬ ‫أفضل طريقة للوقاية من مضاعفات مرض السكري‪ ،‬بما في ذلك تقرحات القدم‪ ،‬هي التحكم في مرض السكري‪.‬ويشمل‬ ‫ذلك اتباع نظام غذائي صحي‪ ،‬وممارسة الرياضة بانتظام‪ ،‬وقياس نسبة السكر في الدم بانتظام‪ ،‬وتناول األدوية بشكل‬ ‫صحيح‪.‬‬ ‫‪ -1‬فحص القدمين يوميًا‪.‬يوصى بفحص قدميك يوميًا بحثًا عن أي بثور أو جروح أو شقوق أو عدوى أو احمرار أو ألم أو‬ ‫تورم‪.‬‬ ‫‪ -2‬غسل قدميك يوميًا‪.‬اغسل قدميك بالماء الفاتر (وليس الساخن) مرة واحدة يوميًا‪.‬جففهما برفق‪ ،‬وخاصة بين األصابع‪.‬‬ ‫‪ -3‬ضع بودرة التلك أو النشا بين أصابع قدميك للحفاظ على جفاف الجلد‪.‬يمكنك استخدام كريم أو مرهم مرطب على‬ ‫الجزء الخارجي وباطن القدمين للحفاظ على نعومة الجلد‪.‬‬ ‫‪ -4‬ال تقم بإزالة مسامير القدم أو غيرها من آفات القدم بنفسك‪.‬لتجنب قطع بشرتك‪ ،‬ال تستخدم مبرد األظافر أو مقص‬ ‫األظافر أو المقص إلزالة مسامير القدم أو الذرة أو الثآليل‪ -.‬ال تستخدمي مزيالت الثآليل الكيميائية‪.‬‬ ‫‪ -5‬قومي بقص أظافر قدميك بعناية‪.‬قومي بقص أظافرك بشكل مستقيم‪.‬قومي ببرد أطراف األظافر الحادة بعناية باستخدام‬ ‫مبرد األظافر‪.‬‬ ‫‪ -6‬ال تمشين حافي القدمين‪.‬لحماية قدميك من اإلصابة‪ ،‬يوصى بعدم المشي حافي القدمين حتى في المنزل‪.‬‬ Indicators of a problem Ingrown nails Blisters Skin-colored bumps with dark spots your feet Athlete's foot Open sore or bleeding swelling redness Hotness in one area Pain Change in skin color bad smell An ulcer that lasts for more than a week or two )An ulcer larger than 3/4 inch (2 centimeters) An ulcer that does not begin to heal quickly An ulcer so deep that the bone can be seen underneath ‫مؤشرات وجود مشكلة‬ ‫أظافر نامية‬ ‫بثور‬ ‫نتوءات بلون الجلد مع بقع داكنة على قدميك‬ ‫قدم الرياضي‬  ‫قرحة مفتوحة أو نزيف‬ ‫تورم‬ ‫احمرار‬ ‫سخونة في منطقة واحدة‬ ‫ألم‬ ‫تغير في لون الجلد‬ ‫رائحة كريهة‬ ‫قرحة تستمر ألكثر من أسبوع أو أسبوعين‬ ‫قرحة أكبر من ‪ 4/3‬بوصة (‪ 2‬سم)‬ ‫قرحة ال تبدأ في الشفاء بسرعة‬ ‫قرحة عميقة لدرجة أنه يمكن رؤية العظم تحتها‬  The Gait Cycle The action of walking may be summarised by the following sequence.Registration and activation of the gait command within the central nervous system.Transmission of gait signals to the peripheral nervous system.Activation of motor neurons and subsequent muscle fibre engagement.Contraction of muscles.Generation of forces across joints.Regulation of joint forces and moments by skeletal segments Generation of ground reaction forces (GRF) ‫يمكن تلخيص عملية المشي بالتسلسل التالي‬.‫تسجيل وتنشيط أمر المشي داخل الجهاز العصبي المركزي‬.‫نقل إشارات المشي إلى الجهاز العصبي المحيطي‬.‫تنشيط الخاليا العصبية الحركية وانخراط األلياف العضلية الالحقة‬.‫انقباض العضالت‬.‫توليد القوى عبر المفاصل‬.‫تنظيم قوى المفاصل وعزمها بواسطة أجزاء الهيكل العظمي‬.)GRF( ‫توليد قوى رد فعل األرض‬ Normal gait consists of two phases stance phase; swing phase. These phases are further divided into a total of 8 sub-phases The.gait cycle involves a combination of open- and closed-chain activities :‫تتكون المشية الطبيعية من مرحلتين‬ ‫ وتتضمن دورة المشي مزي ًجا من‬.‫ مراحل فرعية‬8 ‫ وتنقسم هذه المراحل إلى إجمالي‬.‫مرحلة الوقوف؛ ومرحلة التأرجح‬.‫أنشطة السلسلة المفتوحة والمغلقة‬ Stance Phase The stance phase occupies 60% of the total gait cycle, during which some part of the foot is :in contact with the ground. It is further divided into five sub-phases )Initial contact (heel strike )Loading response (foot flat Mid-stance )Terminal stance (heel off )Pre-swing (toe off Swing Phase The swing phase occupies 40% of the total gait cycle , during which the foot is not in contact with the ground and the bodyweight is borne by the other leg and foot. ‫مرحلة الوقوف‬ ‫ وتنقسم إلى خمس‬.‫ حيث يكون جزء من القدم على اتصال باألرض‬،‫ من دورة المشي الكلية‬%60 ‫تشغل مرحلة الوقوف‬ :‫مراحل فرعية‬ )‫االتصال األولي (ضربة الكعب‬ )‫استجابة التحميل (القدم مسطحة‬ ‫الموقف المتوسط‬ )‫الموقف النهائي (رفع الكعب‬ )‫ما قبل التأرجح (رفع أصابع القدم‬  ‫مرحلة التأرجح‬ ‫تشغل مرحلة التأرجح ‪ %40‬من دورة المشي الكلية‪ ،‬حيث ال تكون القدم على اتصال باألرض ويتحمل وزن الجسم الساق‬ ‫والقدم األخرى‪.‬‬ ‫‪:It is further divided into three sub-phases‬‬ ‫‪Initial swing‬‬ ‫‪Mid-swing‬‬ ‫‪Late swing‬‬ ‫تنقسم دورة المشي إلى ثالث مراحل فرعية‪:‬‬ ‫التأرجح األولي‬ ‫التأرجح المتوسط‬ ‫التأرجح المتأخر‬ ‫‪Clinical Application‬‬ ‫‪Understanding the gait cycle allows for effective gait analysis. When analysing gait, it should‬‬ ‫‪be done systematically, looking at each joint separately throughout the entire gait cycle and‬‬ ‫‪detecting deviations from normal. Injury or disease can alter any of the sub-phases of the gait‬‬ ‫‪cycle, resulting in distinct characteristics of the gait pattern.‬‬ ‫التطبيق السريري‬ ‫إن فهم دورة المشي يسمح بتحليل المشي بشكل فعال‪.‬عند تحليل المشي‪ ،‬يجب أن يتم ذلك بشكل منهجي‪ ،‬مع النظر إلى كل‬ ‫مفصل على حدة طوال دورة المشي بالكامل واكتشاف االنحرافات عن الوضع الطبيعي‪.‬يمكن لإلصابة أو المرض أن‬ ‫يغير أيًا من المراحل الفرعية لدورة المشي‪ ،‬مما يؤدي إلى خصائص مميزة لنمط المشي‪.‬‬ The concept of force Force - mechanically is the mechanical action that changes or attempts to change the state of the kinetic or morphological body that it affects.Force is measured in units of Newton or Dyne ‫مفهوم القوة‬ ‫ ميكانيكيا ً هي الفعل الميكانيكي الذي يغير أو يحاول تغيير حالة الجسم الحركية أو الشكلية الذي يؤثر فيه‬- ‫القوة‬ ‫وتقاس القوة بوحدات النيوتن أو الداين‬ Force has great importance as it occupies the forefront in the sequence of elements of human. physical abilities For all the activities that it performs and in different proportions For biomechanics it is the force that causes movement and results from the mutual influence between the internal forces represented by the force of Muscles and the external forces surrounding the individual that effectively affect the amount of force that the individual uses to perform A specific movement. ‫وتمتلك القوة أهمية كبيرة كونها تحتل موقع الصدارة في تسلسل عناصر القدرات البدنية لالنسان‬.‫لجميع الفعاليات التي يقوم بها وبنسب مختلفة‬ ‫للبايوميكانيك هي القوة المسببة للحركة والتي تنتج عن التأثير المتبادل بين القوى الداخلية التي تتمثل بقوة‬ ‫العضالت والقوى الخارجية المحيطة بالفرد والتي تؤثر بشكل فاعل في مقدار القوة التي يستخدمها الفرد الداء حركة‬.‫معينة‬ Force can Gain a body's motion.1 Stop the body's motion.2 Change the direction of the body's motion.3 Decrease or increase the body's speed.4.Balance the effect of another force in order to keep the body in a state of stability.5 From a mechanical point of view, the occurrence of any movement is associated with the.presence of a force that causes that movement, but the opposite is not true The dynamic effect of force (i.e. producing a certain movement) can be expressed by the :equation Force) f = (mass m × acceleration a) ) (.. as is the case when pushing a weight or pulling a ( colleague or throwing a ball :‫القوة ممكن أن‬ ‫تكسب الجسم حركة‬. 1 ‫توقف حركة الجسم‬. 2 ‫تغير إتجاه حركة الجسم‬. 3 ‫تقلل أو تزيد من سرعة الجسم‬. 4.‫موازنة تأثير قوة اخرى لغرض إبقاء الجسم في حالة ثبات‬. 5 ‫من وجهة النظر الميكانيكية إن حدوث أي حركة يقترن بوجود قوة تحدث تلك الحركة ولكن العكس‬.‫غير صحيح‬ :‫يمكن التعبير عن التأثير الديناميكي للقوة )أي انتاج حركة معينة( بالمعادلة‬.)‫ كما هو الحال عند دفع ثقل أو سحب زميل أو رمي كرة‬..( ) )a‫ ×التعجيل‬m‫= ( الكتلة‬f )‫(القوة‬ Newton's laws of motion Isaac Newton described the motion of all objects based on the concepts of inertia and force, and he concluded that objects are subject to a number of conservation laws. Newton published his treatise entitled Principia Mathematicale of Natural Philosophy, in which he established three laws of motion that are still used today to describe motion in physics. ‫قوانين نيوتن للحركة‬ ‫ وخلص إلى أن األجسام تخضع لعدد‬،‫وصف إسحاق نيوتن حركة جميع األجسام استنادًا إلى مفهومي القصور الذاتي والقوة‬ ‫ والتي‬،Principia Mathematicale of Natural Philosophy ‫ نشر نيوتن أطروحته بعنوان‬.‫من قوانين الحفاظ‬.‫أسس فيها ثالثة قوانين للحركة ال تزال تستخدم حتى اليوم لوصف الحركة في الفيزياء‬ The first law Newton's first law of motion states that objects continue to move at a constant speed unless acted upon by a resultant external force.. Newton proposed that objects with mass possess internal inertia that functions as a fundamental equilibrium (the "natural state") rather than Aristotle's "natural state of rest." This means that Newton's experimental first law contradicts Aristotle's intuitive belief that maintaining the movement of a body at a constant speed requires the presence of a resultant force. Newton's first law directly links inertia and the concept of relative speed, by making the state of rest indistinguishable from constant speed, and this is clearly evident in systems containing bodies moving at different speeds, as It becomes impossible to distinguish the moving element from the static element. ‫القانون األول‬.‫ينص قانون نيوتن األول للحركة على أن األجسام تستمر في الحركة بسرعة ثابتة ما لم تؤثر عليها قوة خارجية محصلة‬ ‫اقترح نيوتن أن األجسام ذات الكتلة تمتلك جمودًا داخليًا يعمل كتوازن أساسي (الحالة الطبيعية) بدالً من "حالة السكون‬ ‫ وهذا يعني أن قانون نيوتن األول التجريبي يتناقض مع اعتقاد أرسطو البديهي بأن الحفاظ على حركة‬.‫الطبيعية" ألرسطو‬ ،‫ يربط قانون نيوتن األول بشكل مباشر بين الجمود ومفهوم السرعة النسبية‬.‫الجسم بسرعة ثابتة يتطلب وجود قوة محصلة‬ ‫ وهذا واضح في األنظمة التي تحتوي على أجسام‬،‫من خالل جعل حالة السكون غير قابلة للتمييز عن السرعة الثابتة‬.‫ حيث يصبح من المستحيل التمييز بين العنصر المتحرك والعنصر الساكن‬،‫تتحرك بسرعات مختلفة‬ The second law It states that a body of mass m under the action of a force F acquires an acceleration a :according to the following law.Where: F = force, m = mass, a = acceleration Force and acceleration: two vector quantities, so we put an arrow on each of them. Mass is a.non-vector quantity :According to Newton's second law, to determine the force, the following equation is used Force = mass x acceleration ‫القانون الثاني‬ :‫ حسب القانون التالي‬a ‫ يكتسب تسارع‬F ‫ تحت تأثير قوة‬m ‫ينص على أن الجسم ذو الكتلة‬.‫ = التسارع‬a ،‫ = الكتلة‬m ،‫ = القوة‬F :‫حيث‬.‫ الكتلة هي كمية غير متجهة‬.‫ لذا نضع سه ًما على كل منهما‬،‫ كميتان متجهتان‬:‫القوة والتسارع‬ :‫ يتم استخدام المعادلة التالية‬،‫ لتحديد القوة‬،‫وفقًا لقانون نيوتن الثاني‬ ‫القوة = الكتلة × التسارع‬ Newton's third law It states that any force acting on a body causes the body to act with another force equal in.magnitude to the first force and opposite in direction Force structures.Decomposing the gravitational force into two components and the perpendicular force The principle of superposition of forces states that: If several forces act on an object in the :same direction, the resultant (resultant) force is equal to the sum of the forces.That is, the effect of the force is equal to the sum of the forces If two forces are equal (and) Two opposites act on a certain point, their resultant is equal to.>zero. Then we say the two forces are balanced. F_2F_2