صلة التوزيع والتقويم المدرسي: خطة TS1 الأولية: الأسبوع 13؛ تقويم مدرسي داخلي مقترح: عوامل موقع مركز الثقل وأثره
نواتج التعلّم القابلة للملاحظة
• يعرف مركز الكتلة ومركز الثقل في التقريب الرياضي المعتاد.
• يعدد عوامل تؤثر في موقع المركز في الوضعيات المتنوعة.
• يفسر تغير الاتزان تبعًا لإسقاط المركز وقاعدة الارتكاز.
وضعية انطلاق وعصف ذهني — 5 دقائق
1. هل مركز الثقل ثابت في البطن في جميع الحركات؟
2. لماذا تكون وضعية الثني والاتساع مفيدة للثبات أحيانًا؟
المحتوى العلمي المشروح — 15 دقيقة
تحديد مركز الثقل
مركز الكتلة نقطة تمثل موضع متوسط توزيع الكتلة لأغراض حركة الجسم ككل. وفي مجال جاذبية شبه منتظم قرب سطح الأرض يتطابق تقريبًا مع مركز الثقل، نقطة تأثير محصلة وزن الجسم. لا يلزم أن تقع النقطة داخل مادة الجسم في كل وضعية، كما أنها ليست «نقطة القياس للقوة» بشكل عام.
ما الذي يغير موقعه؟
يتأثر موقع المركز بتوزيع كتلة أجزاء الجسم والهيئة وزوايا المفاصل، وحمل أدوات خارجية ونقل الأطراف. تتحرك النقطة عند رفع الذراعين أو ثني الجذع أو حمل كرة بعيدة عن الجسم؛ ولا يصح معاملتها موضعًا تشريحيًا ثابتًا لجميع الأفراد.
المركز والاستقرار
في التوازن الساكن على سطح مستوٍ، تساعد المحافظة على إسقاط مركز الثقل داخل قاعدة الارتكاز على الاستقرار ضد الانقلاب. كما يؤثر ارتفاع المركز وشكل القاعدة والقوى الخارجية. في الحركة الديناميكية لا يكفي هذا الشرط الساكن وحده لتفسير اتزان العداء أو لاعب الجمباز.
نشاط صفي تطبيقي — 10 دقائق
رسم وضعيات التوازن
ترسم المجموعات ثلاث وضعيات: وقوف معتدل، انحناء للأمام، رفع ذراع مع حمل كرة؛ وتحدد مسارًا تقريبيًا للمركز وإسقاطه وقاعدة الارتكاز.
تدريبات مدرسية والمسألة التطبيقية — 10 دقائق
اختر الإجابة الصحيحة: ما تعريف مركز الثقل في البيوميكانيكا؟
أ ـ المكان الذي تُقاس عنده جميع القوى
ب ـ نقطة توازن غذائي
ج ـ نقطة تأثير محصلة وزن الجسم تقريبًا
سؤال مفتوح: اذكر عوامل موقع مركز الثقل وفسّر كيف يؤثر تغييره في استقرار أداء الحركات.
مسألة أو حالة: شخص يحمل كرة 5 كغ أمام صدره ثم يمد ذراعيه بها. ماذا تتوقع لموضع مركز كتلة النظام (شخص+كرة)؟
ملخص المفاهيم للحفظ — 5 دقائق
• مركز الكتلة: المتوسط المرجّح لتوزيع كتلة الجسم.
• مركز الثقل: نقطة تأثير محصلة الوزن، ويقارب مركز الكتلة عند جاذبية منتظمة.
• يتغير موقع المركز بتغير الوضعية وتوزيع الكتل والحمل الخارجي.
بطاقة خروج وواجب منزلي — 5 دقائق
بطاقة الخروج: اختر مفهومًا واكتب تعريفًا دقيقًا مع مثال ووحدة قياس إن وجدت.
الواجب 1: ما الفرق بين مركز الثقل وقاعدة الارتكاز؟
الواجب 2: فسر أثر الوقوف على قدم واحدة على الاستقرار.
المهارة المكتسبة: تفسير تغير الاتزان باستخدام مركز الثقل دون الخلط بينه وبين قوة أو عظم.
في نموذج ساكن مبسط وعلى سطح مستو، يدعم بقاء إسقاط مركز الكتلة داخل قاعدة الارتكاز الاتزان ضد الانقلاب. خروج الإسقاط قد يسبب انقلابًا ما لم توجد قوة أو دعم خارجي؛ هذا الشرط وحده لا يحكم الاتزان في الحركة الديناميكية.
مثال محلول: base = [-0.25, +0.25] m; x₁ = 0.10 m; x₂ = 0.35 m