چگونگی سنجش قدرت

مقدمه
اندازه گیری قدرت
عمل عضلات
ویژگی موقعیت و الگوی حرکت
ملاحضات زمانی
خلاصه

مقدمه

برای درک اندازه و ویژگی های نیرو تعریف صحیحی از این مفاهیم لازم است:

کمیت های برداری و نرده ای: کمیت های برداری هم دارای جهت و هم دارای بزرگی هستند در حالیکه کمیت های نرده ای فقط دارای بزرگی هستند. برای مثال نیرو کمیتی برداری است که دارای جهت و بزرگی مشخص است، اما جرم کمیتی نرده ای است که دارای بزرگی و فاقد جهت است.

نیرو: نیرو را به عنوان هر عملی که می تواند در حرکت اجسام تغییر ایجاد نماید تعریف کرد. جرم میزان ماده تشکیل دهنده جسم می باشد. نیروی برآیند (مجموع نیروهای وارد بر یک جسم) سبب شتاب گرفتن جسم بر اساس قانون دوم نیوتن می شود. F = m * a (a: شتاب، m: جرم، F: نیرو)

نیروها می توانند بصورت مستقیم با غیر مستقیم بکار روند. نمونه نیروی مستقیم (direct force) نیروی عضلانی است که سبب حرکت دستگاه اسکلتی می شود و نمونه نیروهای غیرمستقیم، نیروی جاذبه زمین است. نیروی جاذبه زمین با رابطه زیر توصیف می شود:

 

F = G (m1m2) / r2

m1 و m2 : جرم دو جسمی که یکدیگر را جذب می نمایند.

r : فاصله بین دو جسم

G : ثابت گرانش

 

بر اساس رابطه فوق نیروی جاذبه بین دو جسم با مجذور فاصله دو جسم رابطه معکوس دارد. روی زمین جاذبه بین اجسام ناچیز و قابل اغماض است. اما نیروی جاذبه بین زمین و اجسام دیگر به دلیل جرم بسیار زیاد زمین قابل توجه است.

نیروی جاذبه به اجسام شتاب می دهد، میزان این شتاب m/s2 8/9 ثانیه در سطح دریا است (و بدون در نظر گرفتن مقاومت هوا). میزان واقعی نیروی جاذبه در نقاط مختلف زمین ممکن است کمی تغییر نماید. وقتی جسمی روی سطح زمین باشد فاقد نیروی شتاب گرانش است زیرا نیروی وزن که از سطح اعمال می شود با آن مخالفت می کند.

مفاهیم وزن و جرم معمولا بصورت اشتباه به جای یکدیگر بکار می روند. جرم میزان ماده موجود در جسم است و با واحد کیلوگرم kg سنجیده می شود. همانطور که قبلا گفته شده اثر جاذبه روی جرم، شتاب است که وزن را ایجاد می کند. در واقع وزن محصول جرم و جاذبه است. وزن با واحد نیوتن N یا پوند lbs اندازه گیری میشود. یک نیوتن میزان نیروی است که برای دادن شتابی معادل m/s2 1 به جسمی به جرم kg 1 لازم است.

در تمرینات با وزنه، وزن وزنه ها ایجاد مقاومت می نماید. بنابراین اگر بگوییم وزن kg 100 بلند شد صحیح نیست بلکه در واقع جرم kg 100 بلند شده یا نیرویی معادل N 981 اعمال شده است. نیروی ناشی از عمل عضلات را می توان به سادگی توسط قانون دوم نیوتن توصیف کرد:

زمانی که جسمی بلند می شود می توان اثر نیروی جاذبه بر جرم جسم را محاسبه کرد. برآیند دو نیروی وارد بر جسم سبب حرکت آن می شوند. اولین نیرو، نیروی عکس العمل سطح است که با نیروی وزن برابر بوده و بر خلاف نیروی شتاب گرانش عمل می نماید. برای حرکت دادن جسم باید نیروی دومی نیز بکار رود. این نیرو سبب حرکت یا تغییر سرعت جسم در زمانی معین می شود. هر قدر جرم جسم بیشتر باشد برای حرکت آن نیاز به نیروی بیشتری است و هر قدر زمان وارد آمدن نیرو کمتر باشد نیروی بیشتری لازم است. مطالب فوق را می توان در فرمول زیر خلاصه کرد:

 

F = m (v2 – v1) / (t2 – t1) , a = (v2 – v1) / (t2 – t1)

F = m × a

F : نیرو

m : جرم جسم

a : شتاب جسم

V1 : سرعت اولیه جسم

V2 : سرعت ثانویه جسم

t1 : زمان اولیه

t2 : زمان ثانویه

 

برای محاسبه نیروی F لازم جهت شتاب دادن به جرم جسم m و وزن جسم w باید نیروی کل Ftot را محاسبه کرد:

 

Ftot = W + F , F = ma , W = mg

 

Ftot = m (a + g)

 

برای مثال نیروی مورد نیاز برای بلند کردن جسمی به جرم kg 100 بصورت عمودی تا ارتفاع m 1 و در زمان s 1 برابر است با:

v2 – v1 = 2d / t → v2 = 2 m/s , v1 = 0

a = 2 m/s2

Ftot = 100 kg × (2m/s – 0 m/s ) / 1s = 1181 N

 

هنگام تمرینات با وزنه جهت محاسبه Ftot یک تکرار بیشینه باید از دستگاه هایی ویژه ای مانند تخته نیرو (force plate) استفاده کرد. Ftot بصورت تقریبی با یک تکرار بیشینه متناسب است. از آنجاییکه در یک تکرار، شتاب وزنه با جرم وزنه هنگام برگشت خنثی می شود نیروی متوسط برای بلند کردن وزنه برابر با نیروی وزن است. بنابراین وزن جسم تقریب مناسبی از نیروی متوسط اعمال شده ارائه میدهد.

 

اندازه گیری قدرت

قبلا قدرت بصورت توانایی تولید نیرو تعریف می شد. همانطور که از قانون دوم نیوتن استنباط می شود نیرو (قدرت) با توانایی دادن شتاب به اجسام همراه است. بنابراین کاربرد نیرو در سرعت اجسام تأثیر می گذارد. قدرت تأثیر بسیاری زیادی در انواع ورزش ها که نیازمند تغییر سرعت هستند دارد و تمرینات قدرتی با هدف بهبود حداکثر قدرت طراحی می شوند. اما پیش از اندازه گیری قدرت باید ملاحضات سنجش و اندازه گیری را مد نظر داشت.

هر آزمونی برای اندازه گیری عملکردهای بدنی باید دارای روایی و پایایی باشد. اعتبار درونی بدین معنا است که آیا متغیر مورد نظر (در اینجا قدرت) به درستی سنجیده می شود. اعتبار بیرونی به توانایی آزمون در پیش بینی متغیرهای مشابه اشاره دارد، برای مثال اندازه قدرت در یک آزمون چقدر در آزمون دیگر قابل پیش بینی است. پایایی میزان ثبات یک آزمون در سنجش متغیر مورد نظر است. قبل از اندازه گیری قدرت (یا هر متغیر دیگری) باید روایی و پایایی آزمون تعیین شود. یکی از روش های افزایش پایایی آزمون های جسمانی آشناسازی شرکت کنندگان با آزمون است. شرکت کنندگان چند نوبت آزمون را تکرار کرده و بعد اطمینان از درک و آشنایی آنان آزمون برگزار می شود.

برای افزایش میزان اعتبار اندازه گیری ها بعضی عوامل مرتبط با ویژگی مکانیکی باید در نظر گرفته شود. این عوامل عبارتند از:

نوع عمل عضلات (ایزومتریک، ایزوتونیک، پلی متریک … )
ملاحضات مرتبط با موقعیت و الگوی حرکتی
ملاحضات زمانی ـ سرعت توسعه قدرت
بررسی این عوامل به درک تمرینات مناسب قدرتی کمک خواهد کرد:

 
عمل عضلات

آزمون های ایزومتریک هم در تحقیقات علمی و هم آزمون های میدانی به مدت بیش از 50 سال مورد استفاده قرار گرفته است. اعتبار درونی آزمون این نوع از انقباضات به دلیل مدنظر قرار گرفتن مکان انقباض معمولا عالی است. اما اعتبار بیرونی آزمون ایزومتریک مورد سئوال است (ویلسون و مورفی 1996). اعتبار بیرونی پایین آزمون های ایزومتریک به دلیل عوامل عصب شناختی، مکانیکی و روش شناختی است که استفاده از آن را برای ارزیابی حرکات پویا کاهش می دهد. بنابراین اندازه گیری های ایزومتریک برای ارزیابی حرکات دیگر ورزشی دارای محدودیت است. استفاده اختصاصی از آزمون انقباض کانسنتریک (درونگرا) در بعضی موارد کاربرد دارد. برای افراد مبتدی یا ضعیف که اجرای بخش برونگرای حرکت دشوار است استفاده از انقباض درونگرا میزان کنترل تجربی آزمون را افزایش می دهد.

استفاده اختصاصی از آزمون های انقباض برونگرا به دلایلی چند حائز اهمیت است. برای مثال بیشینه نیرویی که از طریق انقباض برونگرا اعمال می شود، بطور قابل توجهی از انقباضات ایزومتریک و درونگرا بیشتر است. اختلاف میان حداکثر نیرویی که از طریق انقباضات برونگرا ایجاد می شود با انقباضات ایزمتریک یا درونگرا می تواند به دلیل نوع تمرینات ورزشکار باشد (گانر 1994). اگر میزان این اختلاف فاحش باشد نشان دهنده ناکافی بودن نوع تمرینات قدرتی استفاده شده می باشد. بسیاری از ورزشها به نیروی ناشی از انقباض برونگرا در برخی از بخش های عملکرد حرکتی نیاز دارند. برای مثال در وزنه برداری به نیروی برونگرای زیادی در مرحله کشش وزنه روی سینه وقتی وزنه رو به پایین حرکت داده می شود، نیاز است. عدم توانایی در تولید نیروی زیاد شاید مربوط به مرحله انقباض درونگرا باشد. آزمون قدرت برونگرا می تواند مشکلات عدم توانایی تولید نیرو هنگام پایین بردن وزنه را نشان دهد. شکل رایج آزمون قدرت، آزمون پلیومتریک است. فاکتور قدرت در آزمایشگاه و موارد میدانی توسط حرکات پلیومتریک سنجیده می شود مانند حرکت پارالل اسکات. این روش بر سایر روشها بدلیل استفاده از چرخه کشش کوتاه شدن که در بسیاری از ورزشها وجود دارد دارای برتری است. استفاده از یک تکرار بیشینه (1 Rm) روش مرسومی در اندازگیری بیشینه قدرت است. یک تکرار بیشینه روشی منطقی برای در نظر گرفتن بیشینه نیروی پویا است زیرا با میزان نیرویی که برای غلبه بر یک بار لازم است نسبت مستقیم دارد. به همین علت بسیاری از ورزشکاران و مربیان برای ارزیابی قدرت از یک تکرار بیشینه در برنامه تمرینی خود استفاده می نمایند.

 

ویژگی موقعیت و الگوی حرکت

ویژگی موقعیت و الگوی حرکت جنبه هایی از آزمون قدرت هستند که معمولا نادیده گرفته می شوند. ویژگی برون و خصوصا درون عضلانی خاصی در اجراهای ورزشی وجود دارد. بدین معنا که طی حرکتی خاص واحدهای حرکتی (motor unit) ویژه ای در زمانی معین فعال می شوند و الگوهای ویژه ای هنگام انقباض عضلات اصلی، همکار و مخالف وجود دارد. این الگوها با تغییرات جزئی در الگوی اهرم ها و نیز تغییر الگوی سرعت دستخوش تغییر می شوند (استون و همکاران 2000 و زاجاک و گوردون 1989). بنابراین با انتخاب روش های آزمون قدرتی که مشابهت بیشتری با ویژگی های اجرای ورزشی داشته باشند اطلاعات بیشتری کسب می شود.

آزمون تک مفصلی در برابر چند مفصلی: در تحقیقات به جهت اعمال کنترل بالا بر متغیرهای تحقیق از یک مفصل برای سنجش قدرت استفاده می شود در حالیکه در موقعیت بازتوانی آسیب های ورزشی از آزمون های چند مفصلی استفاده می شود. نیاز به ارزیابی قدرت از طریق آزمون های چند مفصلی مربوط به ماهیت فعالیتهای ورزشی است که اکثرا چند مفصلی هستند.

آزمون ایزومتریک: بیشینه نیروی تولیدی در انقباض ایزومتریک به زاویه مفصل بستگی دارد. بنابراین انتخاب زاویه مناسب که متناسب با ورزش خاصی باشد ضروری است. بعضی شواهد نشان میدهد که بهترین زاویه برای آزمون بیشینه قدرت زاویه ای است که بیشینه نیرو تولید می شود (مورفی و همکاران 1995). تعیین این زاویه به درک صحیح حرکات پویا کمک می کند.

بزرگی بیشینه نیروی بدست آمده: ادبیات تحقیق به روشنی نشان میدهد که بیشینه نیروی بدست آمده در برنامه تمرینی بستگی به مشابهت نوع آزمون با ماهیت تمرین دارد (استون و همکاران 2000). برای مثال اگر ورزشکاری تمرین اسکات را بصورت یک تکرار بیشینه اجرا کند هنگام آزمون قدرت بیشترین انطباق بین تمرین و آزمون دیده می شود.

باید توجه داشت که فاکتور قدرت بهترین و تنها فاکتور جهت سنجش قابلیت های جسمانی نمی باشد. برای افزایش میزان اعتبار بیرونی آزمون باید به دیگر متغیرهای نیرو نیز توجه داشت. یکی از آنها سرعت توسعه نیرو است.

 

ملاحضات زمانی

سرعت تولید نیرو در بسیاری از ورزشها مهم تر از بیشینه نیروی ایجاد شده است. بنابراین محاسبه سرعت تولید نیرو از جنبه های مهم اندازه گیری محسوب میشود. سرعت نیروی تولید شده (Rate of Force Production, RFP) برابر است با تغییرات نیرو در واحد زمان. شاخص RFP نمایانگر میزان فعالیت عضلانی تحت تأثیر سیستم عصبی (کمایی و ویتاسالو 1976، سیل 1992) و توانایی در دادن شتاب به اجسام می باشد (اشمیت بلیچر 1992). برای محاسبه RFP به تجهیزات ویژه ای نظیر صفحه نیرو نیاز است. برای مثال ورزشکار روی صفحه نیرو حرکتی ایزومتریک یا پویا نظیر پرش انجام میدهد سپس منحنی تغییرات نیرو در واحد زمان توسط دستگاه محاسبه و رسم می شود .

منحنی نیرو ـ زمان یک انقباض ایزومتریک را نشان میدهد. میزان نیرویی که در 30 ثانیه اول تولید می شود قدرت اولیه نامیده می شود که به RFT اولیه (یا IRFT) مربوط است ( اشمیت بلیچر 1992). حداکثز RFP (یا PRFP) قدرت انفجاری نامیده می شود. بیشینه نیرو (PF) بالاترین نیرویی است که تحت شرایط آزمون قابل تولید است. به نظر می رسد میزان IRFP برای اجرای بهینه ورزشی لازم است مانند زمانی که جسم سبکی به سرعت حرکت داده می شود نظیر حرکات مشت زنی و شمشیربازی. قدرت انفجاری یا PRFP

هنگام افزایش بار مثلا پرتاب وزنه یا وقتی وزنه خیلی سنگین شده و تحت تأثیر حداکثر نیروی تولیدی است مانند وزنه برداری از اهمیت بالایی برخوردار است.

 

همانند منحنی انقباض ایزومتریک در واحد زمان برای انقباض پویا نیز می توان نقاط قدرت اولیه، قدرت انفجاری و حداکثر نیرو را تعریف کرد. باید توجه داشت حداکثر نیرو با کاهش بار وزنه کاهش می یابد. بعضی از مطالعات (مولر 1987) شواهدی که نشان دهد طی تمرینات پویا PF و PRFP رابطه معکوس ـ خصوصا هنگام انقباض عضلات درشت ـ با هم دارند پیدا نکرده اند (هاف و همکاران 1997). با این وجود در بعضی از نقاط منحنی، بار سبک تر منجر به تولید PRFP بالاتر نسبت به بار سنگین تر می گردد.

 

 

خلاصه

قدرت، توانایی تولید نیرو است. اندازه گیری مناسب قدرت مستلزم درک برخی از عوامل شامل موارد زیر می شود:

نیرو و ویژگی های آن
ویژگی های مکانیکی نظیر نوع اعمال عضله و ملاحضات مرتبط با موقعیت و الگوی حرکت
منحنی نیرو ـ زمان و سرعت تولید نیرو
اعتبار آزمون ها
در نظر گرفتن عوامل فوق میزان اعتبار درونی و بیرونی آزمون را بالا می برد.