القفز

القفز هو شكل من أشكال الحركة، حيث يقوم كائن حي أو نظام ميكانيكي غير حي (مثل الروبوتات ) بدفع نفسه في الهواء على مسار مقذوف. ويمكن تمييز القفز عن الجري والهرولة وغيرها من أنواع المشي التي يكون فيها الجسم بأكمله معلقًا في الهواء مؤقتًا ، وذلك من خلال طول مدة المرحلة الهوائية نسبيًا وزاوية الانطلاق العالية.

تستخدم بعض الحيوانات، مثل الكنغر ، القفز (الذي يُطلق عليه عادةً اسم الوثب في هذه الحالة) كوسيلة أساسية للتنقل ، بينما تستخدمه حيوانات أخرى، مثل الضفادع ، كوسيلة للهروب من المفترسات فقط. كما يُعدّ القفز سمةً أساسيةً في العديد من الأنشطة والرياضات، بما في ذلك الوثب الطويل والوثب العالي والقفز الاستعراضي .

تتضمن جميع أنواع القفز تطبيق قوة على سطح ما، مما يُولّد بدوره قوة رد فعل تدفع القافز بعيدًا عن هذا السطح. أي جسم صلب أو سائل قادر على توليد قوة معاكسة يمكن أن يكون بمثابة سطح، بما في ذلك الأرض أو الماء. ومن أمثلة الماء الدلافين التي تؤدي قفزات أثناء الحركة، وضفادع الماء الهندية التي تؤدي قفزات ثابتة من الماء.

نادراً ما تتعرض الكائنات القافزة لقوى ديناميكية هوائية كبيرة ، ونتيجة لذلك، تخضع قفزاتها لقوانين الفيزياء الأساسية للمسارات المقذوفة . وبالتالي، فبينما قد يقفز الطائر في الهواء لبدء الطيران ، لا تُعتبر أي حركة يقوم بها بمجرد أن يصبح في الهواء قفزة، لأن ظروف القفزة الأولية لم تعد تحدد مسار طيرانه.

بعد لحظة الانطلاق (أي فقدان التلامس الأولي مع السطح)، يقطع القافز مسارًا مكافئًا. تحدد زاوية الانطلاق وسرعة الانطلاق الأولية مسافة القفزة ومدتها وارتفاعها. تبلغ أقصى مسافة أفقية ممكنة للمقذوف عند زاوية انطلاق 45 درجة، ولكن أي زاوية انطلاق بين 35 و55 درجة ستؤدي إلى قطع تسعين بالمائة من أقصى مسافة ممكنة. مع ذلك، فإن زاوية القفز التي تحقق أقصى مسافة أفقية للبشر أقل، وتتراوح بين 23 و26 درجة تقريبًا (انظر قسم " آليات القفز الطويل من وضع الوقوف" أدناه).

تقوم العضلات (أو غيرها من المحركات في الأنظمة غير الحية) بعمل بدني، مضيفةً طاقة حركية إلى جسم القافز خلال مرحلة الدفع في القفزة. ينتج عن ذلك طاقة حركية عند الانطلاق تتناسب طرديًا مع مربع سرعة القافز. كلما زاد العمل الذي تقوم به العضلات، زادت سرعة الانطلاق، وبالتالي زاد التسارع وقصرت الفترة الزمنية لمرحلة الدفع في القفزة.

تُعدّ القدرة الميكانيكية (الشغل المبذول في وحدة الزمن) والمسافة التي تُطبّق عليها هذه القدرة (مثل طول الساق) من المحددات الرئيسية لمسافة القفزة وارتفاعها. ونتيجةً لذلك، تمتلك العديد من الحيوانات القافزة سيقانًا طويلة وعضلات مُحسّنة لتحقيق أقصى قدرة وفقًا لعلاقة القوة بالسرعة في العضلات . مع ذلك، فإنّ أقصى قدرة تُنتجها العضلات محدودة. ولتجاوز هذا القيد، تقوم العديد من أنواع الحيوانات القافزة بتمديد العناصر المرنة، مثل الأوتار أو الأطراف ، ببطء مُسبقًا لتخزين الشغل على شكل طاقة انفعال. تستطيع هذه العناصر المرنة إطلاق الطاقة بمعدل أعلى بكثير (قدرة أعلى) من كتلة العضلات المكافئة، مما يزيد من طاقة الانطلاق إلى مستويات تتجاوز قدرة العضلات وحدها.

قد يكون القافز ثابتًا أو متحركًا عند بدء القفزة. في القفزة من وضعية الثبات (أي القفزة من وضعية الوقوف )، يُبذل كل الجهد اللازم لتسريع الجسم خلال مرحلة الانطلاق في حركة واحدة. أما في القفزة المتحركة أو القفزة أثناء الجري ، فيكتسب القافز سرعة رأسية إضافية عند الانطلاق مع الحفاظ على أكبر قدر ممكن من الزخم الأفقي. على عكس القفزات الثابتة، حيث تكون الطاقة الحركية للقافز عند الانطلاق ناتجة فقط عن حركة القفز، فإن القفزات المتحركة تتميز بطاقة أعلى ناتجة عن إضافة السرعة الأفقية التي تسبق القفزة. ونتيجة لذلك، يستطيع القافزون قطع مسافات أطول عند بدء القفز من وضعية الجري.

تستخدم الحيوانات مجموعة متنوعة من التكيفات التشريحية للقفز. وتتعلق هذه التكيفات حصراً بمرحلة الانطلاق، إذ أن أي طريقة لاحقة للانطلاق لزيادة المدى أو التحكم في القفزة يجب أن تستخدم قوى ديناميكية هوائية، وبالتالي تُعتبر انزلاقاً أو هبوطاً بالمظلة .

نادراً ما تُظهر الكائنات المائية أي تخصصات محددة في القفز. أما تلك التي تجيد القفز فهي مُهيأة أساساً للسرعة، وتُنفذ قفزات متحركة ببساطة عن طريق السباحة إلى السطح بسرعة عالية. بعض الأنواع المائية التي تستطيع القفز على اليابسة، مثل سمك الطين ، تفعل ذلك عن طريق تحريك ذيلها.

تضخيم الطاقة من خلال الطاقة المخزنة

تستخدم الجراد تخزين الطاقة المرنة لزيادة مسافة القفز. ورغم أن القدرة الناتجة تُعدّ عاملاً رئيسياً في تحديد مسافة القفز، إلا أن القيود الفسيولوجية تحدّ من قدرة العضلات إلى حوالي 375 واط لكل كيلوغرام من العضلات. ^{[ 2 ]} وللتغلب على هذا القيد، تُثبّت الجراد أرجلها عبر "آلية تثبيت" داخلية، بينما تتمدد عضلاتها في وتر مرن (يشبه وتر الفقاريات ). عند تحرير التثبيت، يُطلق الوتر طاقته بسرعة. ولأن الوتر يُطلق الطاقة أسرع من العضلات، فإن قدرته الناتجة تتجاوز بكثير قدرة العضلة التي أنتجت الطاقة. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

يشبه هذا الأمر رمي الإنسان سهمًا بيده مقابل استخدام القوس؛ إذ يسمح استخدام التخزين المرن (القوس) للعضلات بالعمل بشكل أقرب إلى الانقباض المتساوي على منحنى القوة والسرعة . وهذا يمكّن العضلات من بذل جهد لفترة أطول، وبالتالي إنتاج طاقة أكبر مما تستطيع في الظروف العادية، بينما يُطلق العنصر المرن هذا الجهد بسرعة أكبر من سرعة العضلات. وقد وُجد استخدام تخزين الطاقة المرنة في الثدييات القافزة، وكذلك في الضفادع، مع زيادات متناسبة في القوة تتراوح من ضعفين إلى سبعة أضعاف قوة كتلة العضلات المكافئة. ^{[ 6 ]}

إحدى طرق تصنيف القفز هي طريقة نقل القدم. ^{[ 7 ]} في نظام التصنيف هذا، يتم تمييز خمسة أشكال أساسية للقفز:

• القفز - القفز من على القدمين والهبوط عليهما
• القفز – القفز من قدم واحدة والهبوط على نفس القدم
• القفز – القفز من قدم واحدة والهبوط على القدم الأخرى
• التجمع - القفز من قدم واحدة والهبوط على القدمين
• سيسون – القفز من كلا القدمين والهبوط على قدم واحدة

تشمل أنماط المشي القافزة، والتي تختلف عن أنماط المشي الجارية (انظر الحركة )، العدو الخفيف ، والوثب ، والقفز أو التفرع. ^{[ 8 ]} كما تميز بعض المصادر الوثب بأنه حركة دورية من القفزات المتكررة، تُستخدم للحفاظ على الطاقة من قفزة إلى أخرى. ^{[ 9 ]}

يمكن زيادة ارتفاع القفزة باستخدام الترامبولين أو عن طريق تحويل السرعة الأفقية إلى سرعة رأسية بمساعدة جهاز مثل نصف الأنبوب .

يمكن استخدام تمارين متنوعة لزيادة ارتفاع القفز العمودي للرياضي. أحد أنواع هذه التمارين - تمارين البليومتريكس - تستخدم تكرار حركات منفصلة متعلقة بالقفز لزيادة السرعة والرشاقة والقوة.

أظهرت الأبحاث أن الأطفال الأكثر نشاطاً بدنياً يُظهرون أنماطاً أكثر كفاءة في القفز (إلى جانب مهارات حركية أساسية أخرى). ^{[ 10 ]}

يُلاحظ أيضًا أن تطور مهارة القفز لدى الأطفال يرتبط ارتباطًا مباشرًا بالعمر. فمع تقدم الأطفال في السن، تزداد قدراتهم على القفز بجميع أشكاله. ويُعدّ تطور مهارة القفز أسهل في التحديد لدى الأطفال مقارنةً بالبالغين، نظرًا لقلة الفروقات الجسدية في المراحل العمرية المبكرة. أما البالغون من نفس العمر، فقد يختلفون اختلافًا كبيرًا من حيث البنية الجسدية والقدرات الرياضية، مما يجعل من الصعب تحديد تأثير العمر على القدرة على القفز. ^{[ 11 ]}

في عام 2021، قام الباحثون بدمج التروس في تصميم روبوت، وصنعوا روبوتًا قادرًا على القفز لأكثر من ثلاثين مترًا عموديًا. ^{[ 12 ]}

• قائمة أنشطة القفز

• الوسائط المتعلقة بموضوع القفز على ويكيميديا ​​كومنز