אנחנו מרימים כוס, מכופפים ברך, מסובבים את הראש, פותחים את כף היד ותופסים חפץ — וכל הפעולות האלה נראות לנו טבעיות לחלוטין.
אבל מה היה קורה אילו העצמות בגוף היו מחוברות זו לזו כיחידה קשיחה אחת?
לא היינו יכולים כמעט לזוז.
כדי שהשלד יהיה גם חזק וגם מסוגל לנוע, העצמות מתחברות זו לזו במקומות מיוחדים:
המפרקים.
בפעילות נלמד כיצד מפרקים מאפשרים תנועה, נכיר סוגי מפרקים שונים בגוף, ונבנה נשכן מפרקים — מנגנון המורכב מחלקים קשיחים המחוברים בנקודות תנועה, בדומה לעיקרון שבו עצמות ומפרקים עובדים יחד.
השלד – המסגרת של הגוף
השלד הוא המסגרת הקשיחה שתומכת בגוף, מגינה על איברים פנימיים ומאפשרת לנו לנוע יחד עם השרירים והמפרקים.
בגוף אדם בוגר יש בדרך כלל 206 עצמות. העצמות אינן כולן מחוברות בצורה קשיחה; במקומות רבים הן נפגשות במפרקים שמאפשרים דרגות שונות של תנועה.
חשוב לדייק כאן ביחס למערך המקורי: לא נכון לקרוא לעצמות כמו עצם הירך או עצמות האמה פשוט "פרקים". בשיעור נשתמש במונחים:
עצם – החלק הקשיח. מפרק – המקום שבו שתי עצמות או יותר נפגשות.
אז מהו מפרק?
מפרק הוא מקום שבו שתי עצמות או יותר נפגשות.
חלק מהמפרקים מאפשרים תנועה גדולה מאוד, חלקם מאפשרים תנועה מוגבלת, ויש גם חיבורים בין עצמות שכמעט אינם נעים בכלל.
המפרקים נותנים לגוף שילוב מעניין מאוד:
מצד אחד יציבות — ומצד שני תנועה.
נסו לרגע ליישר את המרפק ולא לכופף אותו בכלל.
עכשיו נסו להרים כוס.
פתאום פעולה פשוטה הופכת למסורבלת מאוד.
זה ממחיש עד כמה אנחנו תלויים במפרקים כמעט בכל פעולה יומיומית.
מה נמצא בתוך מפרק?
במפרקים נעים, קצות העצמות אינם פשוט מתחככים זה בזה.
הם מצופים בסחוס חלק שמסייע להפחית חיכוך ולספוג עומסים. רצועות מחברות בין עצמות ותורמות ליציבות המפרק, ואילו גידים מחברים שרירים לעצמות ומעבירים אליהן את הכוח שיוצר תנועה.
אפשר לחשוב על הגוף כמערכת מכנית מתוחכמת:
עצמות = החלקים הקשיחים מפרקים = נקודות התנועה שרירים = מקור הכוח
כאשר השריר מתכווץ, הוא מושך את העצם דרך הגיד, והמפרק מאפשר לעצם לנוע.
לא כל המפרקים עובדים באותה צורה
אחד הדברים המעניינים בגוף האדם הוא שכל מפרק מתאים לתפקיד שלו.
יש שישה סוגים מרכזיים של מפרקים סינוביאליים נעים:
מפרק צירי / דמוי ציר (Hinge) – כמו המרפק. עובד בדומה לציר של דלת ומאפשר בעיקר כיפוף ויישור. הברך היא מפרק מורכב שבדרך כלל מתואר כציר מותאם.
מפרק כדורי (Ball and Socket) – כמו הכתף והירך. ראש מעוגל של עצם יושב בתוך שקע ומאפשר תנועה בכיוונים רבים וגם סיבוב.
מפרק סיבובי (Pivot) – מאפשר סיבוב סביב ציר. דוגמה טובה נמצאת בין שתי החוליות העליונות בצוואר ומאפשרת לנו לסובב את הראש לצדדים.
מפרק אוכף (Saddle) – נמצא בבסיס האגודל ומאפשר לאגודל טווח תנועה מיוחד החשוב מאוד לאחיזה.
מפרק מישורי (Plane) – מאפשר לעצמות להחליק זו ביחס לזו בתנועה קטנה, למשל בין חלק מעצמות שורש כף היד.
מפרק קונדילואידי (Condyloid) – מאפשר תנועה בשני כיוונים, למשל באזור שורש כף היד ובמפרקי בסיס האצבעות.
למה הכתף זזה יותר מהמרפק?
נסו להזיז את הזרוע מהכתף.
אפשר להרים אותה, להוריד, להזיז לצדדים ולסובב אותה.
עכשיו נסו לבצע אותן תנועות מהמרפק.
אי אפשר.
הסיבה היא מבנה המפרק.
בכתף יש מפרק כדורי שמאפשר תנועה בכיוונים רבים. במרפק המבנה דומה יותר לציר ולכן התנועה מוגבלת בעיקר לכיפוף וליישור.
וזה עיקרון הנדסי חשוב:
צורת החיבור קובעת אילו תנועות המנגנון יכול לבצע.
ועכשיו – נשכן המפרקים שלנו
הדגם שהתלמידים בונים מורכב מחלקים קשיחים המחוברים זה לזה בנקודות שמאפשרות להם להסתובב.
כל חלק עץ דומה מבחינה מכנית ל"מקטע קשיח", וכל נקודת חיבור מתפקדת כמו מפרק צירי פשוט.
כאשר מזיזים את הידית, התנועה עוברת מחלק אחד לחלק הבא, וכמה תנועות קטנות במפרקים מתחברות לתנועה גדולה בקצה הנשכן.
זה נקרא מנגנון מקושר – linkage.
כך אנחנו יכולים לעמוד במקום אחד ולהפעיל חלק שנמצא רחוק מהיד שלנו.
מפרק אחד לעומת הרבה מפרקים
אם נחבר רק שני חלקים בעזרת מפרק אחד, נקבל תנועה מוגבלת יחסית.
אבל כאשר מחברים מספר מקטעים ומפרקים זה לזה, התנועה יכולה לעבור לאורך כל המנגנון.
יש לכך יתרון:
אפשר להגיע רחוק יותר.
אבל יש גם מחיר:
ככל שהמנגנון נהיה ארוך ומורכב יותר, בדרך כלל קשה יותר לשמור עליו קשיח, מדויק וקל לשליטה.
וזה בדיוק מה שהתלמידים יוכלו לבדוק כאשר יחברו שני נשכנים יחד וייצרו נשכן ארוך במיוחד.
הגוף שלנו עושה את זה כל הזמן
חשבו על היד שלנו.
מהכתף ועד קצות האצבעות קיימת שרשרת של עצמות ומפרקים.
כדי להרים חפץ מהשולחן, הגוף יכול להשתמש בכתף, במרפק, בשורש כף היד ובמפרקי האצבעות.
כל מפרק מוסיף אפשרות נוספת לתנועה.
לכן מספר רב של מפרקים אינו רק "עוד חלקים" — הוא מאפשר לנו לבצע תנועות מדויקות ומורכבות מאוד.
כתיבה בעיפרון, קשירת שרוכים או תפיסת כדור הן פעולות שמצריכות תיאום של מפרקים רבים.
כמה קשה לזוז בלי מפרקים?
נעשה ניסוי בגוף שלנו.
נסו להגיע לחפץ על השולחן כאשר המרפק נשאר ישר לחלוטין.
אחר כך נסו להגיע אליו כאשר גם שורש כף היד אינו זז.
ולבסוף נסו להרים אותו מבלי לכופף את האצבעות.
ככל שאנחנו "מבטלים" יותר מפרקים, הפעולה הופכת קשה יותר.
המסקנה:
מפרקים נותנים לגוף חופש תנועה.
אבל הם גם צריכים לעבוד יחד בצורה מתואמת.
השרירים מספקים את הכוח
המפרק עצמו אינו מנוע.
המרפק לא "מחליט" להתכופף.
שרירים משני צדי המפרק מפעילים כוח על העצמות.
כאשר שריר מתכווץ, הוא מושך עצם באמצעות גיד והעצם נעה סביב המפרק.
בנשכן שלנו השרירים אינם קיימים כמובן.
היד של התלמיד היא המנוע.
אנחנו מפעילים את הכוח, והמפרקים של הנשכן מעבירים את התנועה עד לקצה המנגנון.
למה חשוב להרכיב את הנשכן בדיוק?
בדגם הזה סדר החיבור של חלקי העץ חשוב מאוד.
חלקים מסוימים צריכים לעבור מעל חלקים אחרים ואחרים מתחתיהם. אם מחברים אותם בסדר לא נכון, התנועה של המנגנון נפגעת או שהוא עלול להיתקע. גם במערך המקורי מודגש שהחפיפה בין החלקים חייבת להתבצע בדיוק לפי הוראות ההרכבה.
וזו הזדמנות מצוינת לדבר על הנדסה:
לפעמים ההבדל בין מנגנון שעובד למנגנון שלא עובד הוא לא החומר — אלא המיקום המדויק של נקודת החיבור.
אתגר הנשכן
לאחר הבנייה נערוך תחרות הרמת עצמים כפי שמציע המערך המקורי: ננסה לתפוס ולהרים עצמים שונים באמצעות הנשכן בלבד.
אבל נוסיף גם חשיבה הנדסית.
לפני כל ניסיון שאלו:
איזה חפץ יהיה קל יותר לתפוס — גדול או קטן?
האם נשכן ארוך יותר יהיה בהכרח טוב יותר?
מה יקרה לדיוק כאשר נחבר שני נשכנים?
איפה כדאי להפעיל את הכוח?
ואיזה חלק בדגם מתפקד כמו עצם ואיזה חלק מתפקד כמו מפרק?
לאחר מכן אפשר לחבר שני דגמים וליצור נשכן ארוך במיוחד, ולבדוק האם הגדלת טווח ההגעה משפרת את הביצועים או דווקא מקשה על השליטה — פעילות שגם מופיעה במערך המקורי.
משפט הסיום של השיעור
העצמות נותנות לגוף חוזק, המפרקים נותנים לו חופש תנועה, והשרירים נותנים לו כוח. רק כשהשלושה עובדים יחד – אנחנו יכולים לזוז.
* תשומת לב במערך על חיבור חלקי העץ מעל או מתחת חלק אחד לאחר, בדיוק כמו בהסבר - אחרת זה לא עובד.....
הארה בפייסבוק
