Prof. Dr. M. Sami POLATÖZ Hızlı hareket etmek istediğimizde hareket tarzımız yürümek şeklinde olmamaktadır. Yürüyüş stiline hiç benzemeyen farklı bir stilde koşmaya başlarız. Koşma hareketini yürüyüşten ayırt eden özellikler nelerdir? Koşarken vücudumuz hangi yüklere maruz kalmaktadır? Bu harekette dayanıklılık nasıl sağlanmaktadır? Vücut tasarımımız bu hareketi nasıl kolaylaştırmaktadır? Vücudun maruz kaldığı yük, hız ve ivmeler nelerdir? Bu yazımızda bu ve benzeri sorulara mühendislik perspektifinden açıklamalar getirmeye çalışacağız. Öncelikle yürüme ile koşma arasındaki farklılıklara temas edelim. Yürüme esnasında her bir ayak zamanın yarıdan fazlasında yerle temas halindedir ve zamanın dörtte birinde ise iki ayak aynı anda yer ile temastadır. Koşmada ise, her bir ayağın yerle teması, zamanın yarıdan azında cereyan etmekte, her iki ayağın birden yerle temasını kaybettiği anlar olmaktadır. Koşmanın değişik safhaları Şekil 1'de gösterilmiştir. Yürümede, yere temas eden ayağa ait diz hemen hemen düz iken koşmada bu diz büküktür (Şekil 1b). Yürüme ve koşmanın benzerliği ise yer reaksiyon kuvvetlerinin her iki harekette de yaklaşık bacak doğrultusunda olmasıdır ki bu durum eklem yerlerinde eğilmeleri azaltarak kasların daha az yorulmasını sağlar. Yürüme ters bir sarkaç hareketine benzemekte, ağırlık merkezi hafifçe yükselip alçalmakta, bu esnada kinetik ve potansiyel enerji birbirine dönüşmekte, böylece kasların fazla bir iş yapması gerekmemektedir. Koşmada ise durum böyle değildir. Her iki ayağın yerle temasının kesildiği 'Şekil 1d' durumunda hem kinetik enerji, hem de potansiyel enerji en yüksek seviyededir. Bu enerji yerle temasa geçtiğinde kaybedilmiş olsa idi koşmak çok daha zahmetli olacak, vücut aşırı yüklere maruz kalacaktı. Birazdan açıklanacağı gibi bu enerjinin çok büyük bir kısmı vücudun özel tasarımı sayesinde depolanmakta, bir sonraki sıçrayış hareketinde kullanılmaktadır. Kas ve kirişlerimiz Şekil 2'de gösterilen yay elemanları ile temsil edilebilir. Şekilde gösterilmemekle birlikte bu elemanlar aynı zamanda harekete mani olabilecek istenmeyen titreşimlerin olmaması için sönüm elemanı olarak görev yaparlar. Kas lifleri elastik olarak boylarının % 3 fazlasına kadar uzayabilirler. Daha fazla uzatıldığında birbirine girmiş liflerin ayrılması ve tekrar birleşmesi gerekir ki bu da elastik enerjinin kaybına yol açar. Asıl elastik enerjiyi depolayan kaslar değil, kasların kemiklere tutturulmasını sağlayan kiriş veya tendonlardır. Üst bacaktaki guadriceps kasının kirişi, diz kapağının altındadır, alt bacaktaki gastrocnemius ve soleus kasları ise achilles kirişi ile topuğa bağlanmıştır (Şekil 3). Kirişler % 8 uzatılabilmektedir ve elastik olarak tekrar eski halini alabilmektedir. Yapılan çekme deneyleri göstermiştir ki, kirişler uzatma için harcanılan enerjinin % 93'ünü geriye kazandırabilmekte, sadece % 7 enerji ısı enerjisine dönüştüğü için geri kazanılamamaktadır. Ayrıca ayak kemiklerimizin dizilişi bir dairesel kemer gibidir (Şekil 3) ve koşma esnasında bu kemerin eğriliği azalmakta, bir nevi yay elemanı olarak görev yapmaktadır. Yapılan deneyler, bu özel şeklin, enerjinin % 80'ini geriye kazanmayı sağladığını göstermiştir. İyi tasarlanmış spor ayakkabıları, enerjinin % 66'sını geriye kazanabilmektedir ki ayağımızdaki eğri yapı ile karşılaştırdığımızda bu değer düşüktür. Çelik yaylarda enerji kazanımı daha fazladır. Niye vücudumuz enerjinin daha fazla bir kısmını geriye kazanacak şekilde tasarlanmamıştır? Bunun cevabını bir benzetme ile açıklamaya çalışalım: Çok yaylı bir yatak üzerinde koşma ile sert zemin üzerinde koşmayı karşılaştırdığımızda sert zemin üzerinde koşmanın daha kolay olduğu görülecektir. Fazla yaylanma, istenmeyen titreşimlere yol açarak hareketi engelleyici rol oynayabilmektedir. İşte vücudumuzda da bir yandan mümkün olduğu kadar fazla enerji geriye kazanılırken, istenmeyen titreşimlerle hareketin engellenmemesi için küçük bir kısım enerji, sönümleme ile kaybedilmektedir. Şimdi de kemik ve kirişlerimizde koşma esnasında oluşan yükleri analiz edelim. Koşmada sıçrama hareketi olduğu için vücudumuz, ağırlığının 3,6 katına kadar yüklere maruz kalabilir. Vücudun 2,7 katı kadar bir yüke maruz kalan ayak için oluşan kuvvetler Şekil 3'de gösterilmiştir. 70 kg ağırlığındaki bir insan için yere temas anında ayağın uç kısmı yaklaşık 1900 N'luk bir kuvvete maruzdur. Bu kuvvet ayak bileği ekleminden 120 mm uzaktadır. Ayak arkasındaki kiriş ise, eklemden 47 mm uzaklıktadır. Her iki kuvvetin ekleme göre momenti eşitlenirse, kirişte 4700 N'luk muazzam bir kuvvetin oluştuğu görülecektir. Kiriş kesit alanı 89 mm2 olduğuna göre birim alana etki eden kuvvet 4700/89=53 N/mm2 olarak bulunur. Bu gerilme kirişte % 6'lık bir uzamaya sebep olur. Kirişin liflerinin ortalama 250 mm uzunluğunda olduğu düşünülürse % 6 uzama 15 mm uzunluğa karşılık gelir. Böylece ayak bileği eklemi 18 derece öne eğilebilir. Ayak kirişi vücudun diğer yerlerindeki kirişler ve maruz kaldıkları yükler nazara alarak bakıldığında daha narindir. Eğer kesit alanı daha fazla yani daha kalın olsa idi, elastik yay olarak görevini iyi yapamayacak, fazla enerji kaybına yol açacaktı. Kirişte 4700 N'luk kuvvet oluşurken, kaval kemiğimizde ise 6700 N'luk bir kuvvet oluşmaktadır. k1nG.