توان

کار

بسيارى از واژه‌هاى روزمره موقعى که از نظر علمى مطرح مى‌شوند معناى بيشترى به خود اختصاص مى‌دهند، از آن جمله کلمهٔ کار است. به‌طور روزمره منظور از کار عملى است جسمي-ذهنى که براى انجام و رسيدن به هدفى به‌کار مى‌رود. در بيومکانيک معناى کار به شرح زير بسيار محدود مى‌شود:

وقتى نيرويى بر جسمى وارد گردد، کار انجام شده به‌وسيلهٔ اين نيرو برابر با حاصل‌ضرب نيرو در مسافتى است که آن جسم در جهت نيرو حرکت کرده باشد. اين تعريف را به شکل جبرى مى‌توان چنين نوشت:

W=F*d

که در آن W مساوى است با کار انجام شده به‌وسيلهٔ نيرو، F برابر است با مقدار نيرو و d برابر با مسافت مربوطه مى‌باشد. وزنه‌بردارى را تصور کنيد که وزنه‌اى را با حرکت يک‌ضرب بالاى سر خود برده و نگه مى‌دارد. هرگاه او نيرويى در حدود ۸۰ کيلوگرم به طرف بالا بر وزنه وارد نمايد، موقعى که وزنه را از زمين ۵۰ سانتى‌متر بالا آورده باشد کار انجام شده در اين قسمت از بلند کردن وزنه مساوى ۴۰ کيلوگرم متر مى‌باشد:

W= ۸۰×۰.۵=۴۰

در اينجا ملاحظه مى‌کنيم که نيرو در جهت حرکت جسم (هالتر) عمل کرده است که در اين صورت کار را مثبت مى‌ناميم.

حال چنانچه نيرو در جهت عکس حرکت جسم عمل نمايد کار را منفى مى‌خوانيم. بنابراين در مثال فوق کار انجام شده به‌وسيلهٔ ورزشکار را کار مثبت و کار انجام شده به‌وسيلهٔ قوهٔ جاذبهٔ زمين را کار منفى مى‌دانيم و چنانچه وزنه برابر با ۷۵ کيلوگرم باشد کار منفى برابر خواهد بود با:

W= -(۷۵×۰.۵)=-۳۷.۵ کيلوگرم متر

بنابراين تمامى کار انجام شده در اين قسمت برابر با حاصل جمع جبرى کارهاى مثبت و منفى خواهد بود.

W= (۴۰-۳۷.۵)×۰.۵=۱.۲۵ کيلوگرم متر

وقتى کسى عمل بالا کشيدن بدن خود را بر روى بارفيکس انجام مى‌دهد عضلات دست‌ها و شانه‌هاى او نيرويى در جهت عمود و به طرف بالا ايجاد مى‌کند که باعث حرکت بدن او به طرف بالا مى‌شود. چون در اين حالت جهت حرکت بدن و نيروى وارده بر آن يکى است مى‌توان گفت که عضلات نامبرده در حال انجام کار مثبت مى‌باشند. ليکن وقتى او در حال پائين آمدن است همان عضلات براى کنترل فرود بدن مجدداً در حال انقباض و توليد نيرو هستند ليکن کار انجام شده به‌وسيلهٔ آنها کار منفى است (بايد توجه داشت که در غياب اين نيرو در بدن به‌سرعت فرود آمده و پس از آن دست‌ها کاملاً کشيده شدند ممکن است به مفاصل آرنج و کتف آسيب برسد).

توان

در تعريف کار، زمان انجام کار هيچ‌گونه نقشى ندارد بنابراين اگر وزنه‌بردار وزنهٔ ۱۰۰ کيلوگرمى را به ارتفاع دو متر و در بالاى سر خود ببرد، مقدار کار انجام شده برابر با دويست کيلوگرم متر است و هيچ‌گونه رابطه‌اى با مدت زمانى که او اين کار را انجام داده است ندارد حتى اگر زمان آن برابر با ۵/۰ ثانيه و يا يک ثانيه طول کشيده باشد باز در مقدار کار انجام شده تفاوتى پيدا نمى‌شود. در صورتى که در بسيارى از موارد لازم است سرعت انجام کار در نظر گرفته شود، و لذا مقدار کار انجام شده در واحد زمان را بايد مهم تلقى نموده، و آن را توان بناميم.

p=w/t

که در آن P برابر با توان، W مساوى با کار انجام شده و t زمان انجام کار مى‌باشد.