第二章 运动器系的生物力学
生物力学概念
生物力学概念：是研究人体运动规律的科学，它是体育科学的重要组成部分。
人体运动器系：是由若干可以相对运动的部分组合而成的整体。
载荷的表现形式：拉伸、压缩、剪切、弯曲、扭转和复合载荷。
变形的概念：物体在爱到外力作用时，其中任意两点间的距离和任意两直线或两平行面间的夹角会发生变化，它们反映了物体的尺寸和几何形状的改变。
力的可传性原理：力可沿某作用线任意移动而不改变其对物体的作用效应。
拳击的形式：直拳、勾拳、摆拳、刺拳。
组成肌肉的基本单位：肌原纤维。
肌肉收缩和舒张的基本单位：横桥肌肉的三种收缩形式：1、缩短收缩（向心收缩）特点：张力大于外加阻力，肌长度缩短。
作用：是肌肉运动的主要形式，是实现动力性运动的基础（如挥臂、高抬腿等）。
（1）等张收缩：外加阻力恒定，当张力发展到足以克服外加阻力后，张力不再发生变化。
但在不同的关节角度时，肌肉收缩产生的张力则有所不同。
在关节运动的整个范围内，肌肉用力最大的一点称为“顶点”。
在此关节角度下，骨杠杆效率最差。
如：推举杠铃，关节角度在120°时肱二头肌收缩张力最大，关节角度在30°时肱二头肌收缩张力最小。
最大等长收缩时，只有在“顶点”即骨杠杆效率最差的关节角度下，肌肉才有可能达到最大收缩。
而在其他关节角度下，肌肉收缩均小于自身最大力量。
在整个关节活动的范围内，肌肉做等张收缩时所产生的张力往往不是肌肉的最大张力。
（2）等动收缩：在整个关节活动范围内，肌肉以恒定速度进行的最大用力收缩。
但器械阻力不恒定。
等动练习器：在离心制动器上连一条尼龙绳，由于离心制动作用，扯动绳子越快，器械产生的阻力就越大。
特点：器械产生的阻力与肌肉用力的大小相适应。
等动收缩的优点：外加阻力能随关节活动的变化而精确地进行调整，使肌肉在整个关节活动范围内都能产生最大的肌张力。
2、拉长收缩（离心收缩）特点：张力小于外加阻力，肌长度拉长。
作用：缓冲、制动、减速、克服重力。
如：蹲起运动、下坡跑、下楼梯、从高处跳落等动作，相关肌群做离心收缩可避免运动损伤。
关于第二章生物力学概论
第二章生物力学概论1.生物力学:生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题进行定量研究的生物物理学分支，是研究力与生物体运动、生理、病理、之间关系。
2.生物力学的意义：1.用力学方法和原理解决生物医学问题2.生物力学的研究，加深了对血液流变特性与疾病等关系的理解。
应用生物力学的研究成果，指导人工器官的设计。
3.生物力学的研究范围：生物力学的研究范围从生物整体到系统、器官、从鸟飞到植物体液的运输等。
目前热点正逐渐向细胞、分子层次发展。
4.生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律，并加上描写物性的本构方程。
5.生物力学的重点是研究与生理学、医学有关的力学问题6.研究步骤：1.建立合理的物理模型2.确定本构方程3.导出描述所研究对象的微分方程或积分方程4.根据器官的工作环境，得到有意义的边界条件，运用解析方法或数值计算求解问题5.修正乃至重新建立方程进行求解6探索理论与实验结果在实际中的运用。
7.生物力学的研究特点：生物力学研究的对象是生物体作为实验对象的生物材料，有在体和离体（在体分为麻醉状态和非麻醉状态）8.生物力学和生物医学工程学的关系：生物力学是生物医学工程学的理论基础，也是应用技术的基础。
9.生物力学的趋势：生物力学的趋势朝着系统和微观两方面发展。
10.生物力学的研究内容：目前的研究领域包括骨组织的结构与受力分析、血液在血管及毛细血管网络中的流动规律、心脏的瓣膜运动、生物材料的制备、细胞乃至分子层次的生物力学问题等。
生物材料力学生物流体力学生物固体力学运动生物力学生物热力学11.生物力学与其他力学最重要的差别是：去研究的对象是生物体。
12.骨膜：紧贴在除关节面以外的骨表面的一侧致密纤维结缔组织膜，很坚韧，分内外两层，含有丰富的血管和神经。
13.骨的力学性质：具有很高的抗拉、压性能有一定的硬度从骨的结构而言，经过生物优化过程，具有最优材料的力学性能，既优化为最大的强度，最省的材料，最轻的重量。
运动生物力学名词解释
运动生物力学名词解释运动生物力学是研究动物运动的力学原理和机制的学科。
它通过对运动的力学特征、力的作用方式、力量的传递和产生的力向量等方面的研究，揭示了动物在运动时受到的力学影响及其对运动的调节。
以下是一些常见的运动生物力学名词解释：1. 动力学：动力学研究在外力作用下物体的运动状态和运动规律。
在运动生物力学中，动力学研究力对运动物体的影响，如力对物体的加速度和速度的影响。
2. 动作学：动作学研究动物在运动过程中的姿势和动作形态。
它关注于身体各部位的位置、角度、关节角度变化等参数，通过这些参数的分析，可以评估运动的质量和效果。
3. 力矩：力矩是一个力矢量与力臂之积，用于描述力对物体的转动效果。
在运动生物力学中，力矩的概念被用来研究动物在运动过程中关节的力量平衡和力量传递。
4. 动量：动量是物体运动状态的物理量，它等于物体的质量乘以速度。
在运动生物力学中，动量的概念用于描述动物在运动中的惯性和施加力量的效果。
5. 能量：能量是物体进行工作或产生运动的物理量，运动生物力学中的能量是指动物在运动过程中的机械能，包括动能和势能。
6. 平衡：平衡是指物体在受到的外力和内力之间达到力的平衡状态。
在运动生物力学中，平衡是动物在运动过程中保持稳定的重要条件。
7. 骨骼肌：骨骼肌是由肌肉纤维组成的，可以通过神经系统的控制产生运动的肌肉。
它是动物身体运动的主要驱动器。
8. 关节：关节是骨骼的连接点，允许骨骼在运动中相对运动。
在运动生物力学中，研究关节的结构和力学性质，可以揭示动物运动的机制和原理。
9. 步态：步态是指动物或人在行走、奔跑等运动中，身体各部位的运动规律和协调程度。
通过研究步态，可以了解运动能量的节约和传递、肌肉力量的调节等问题。
10. 拉力：拉力是指在运动中发挥的拉伸作用的力。
在运动生物力学中，拉力研究动物在运动中肌肉纤维和肌腱的拉伸变化，以及拉力对力量的传递和产生的影响。
运动生物力学的研究对于人类运动训练、运动伤害预防和康复等具有重要的指导价值。
运动生物力学参数测量
（松井秀治，15）
（汉纳范，15）
（扎齐奥尔斯基，16） （郑秀媛，16）
二、运动学参数测量
（一）运动学参数（指标）
质点位置矢量（位矢、矢径）：用来确定某时刻质点位 置（用矢端表示）的矢量。
运动函数机械运动是物体（质点）位置随时间的改变。 在坐标系中配上一套同步时钟，可以给出质点位置坐标和 时间的函数关系— 运动函数（function of motion） 。
回转半径（转动半径）
人体环节的划分方法
以人体的结构功能为依据：
以人体体表骨性标志为依据： 以关节上主要的骨性标志点 来确定环节的长度。易于测 量，但误差太大。
分割环节的切面通过关节 转动中心，以关节质心的 连线为环节长度。
人体惯性参数标准化的依据
（二）人体惯性参数的测量
尸体测量法：肢解-环节参数测定。采用称重法和悬挂法。
（a）鞋垫式
（b）平板式
（c）测量结果分析
脚底各个区域的压力、压强情况
压力中心及压力中心轨迹
美国Tekscan=F-scan 德国Novel=Pedar
4. 肌电测量
肌电测试通过对不同肌肉在运动过程中所表现出来的时域、频 域上的不同特征的分析，可以了解人体在完成运动动作时，不 同部位的肌肉参与活动的强度、时间顺序及相互协作关系，为 运动技术分析提供依据。现在应用较多有4通道、8通道肌电测 量分析系统。根据信号传输方式，可分为有线和无线两类系统； 根据数据接收和储存方式，可分为便携式大容量储存卡存储和 无线信号实时接收两种。
立定跳 远.。……
运动时的肌力大小和肌肉力矩一般用加速度大 小推算；偶见用肌电图推算
Isomed 2000（750NM）等速肌肉力量测试/训练系统
运动生物力学讲稿第二章
3、各向异性和应力强度的方向性：各向异性是指骨在不同方向上的力学性质不同，（多孔结构所致）。
应力强度的方向性表现在骨密质与骨松质刚性的差别和各向异性使骨对应力的反应在不同方向上各不相同。
4、耐冲击力和耐持续力差：骨对冲击力的抵抗和持续受力能力较其它材料差。
抗疲劳性能也差。
5、应力对骨结构的影响：外加机械力改变骨结构中的应力。
而应力通常与骨组织之间存在着一（就象多次弯曲竹杆）、周期性载荷引起的骨折，开始于应力集中点，形成蚌壳式裂纹。
、重复载荷的骨疲劳，引起的骨折往往是低载荷的情况。
（四）影响骨疲劳的因素和疲劳曲线：骨骼上的应力，起到保护骨骼的作用。
（二）体育锻炼可促进骨的形态结构发生变化，提高骨抵抗载荷的能力。
第三节关节软骨、韧带、肌腱的生物力学特性和人体关节力学（课下自学）作业：自学P37--51第三节关节软骨、韧带、肌腱的生物力学特性和人体关节力学并回答问题。
1、简述关节软骨的力学性质，并分析关节软骨在关节活动中的作用。
：指肌肉工作时并联弹性成分的张力。
：被动张力与主动张力之和。
Ft = Fc + Fp（四）肌肉的平衡长度：无任何负荷时肌肉的长度— 。
在人体内的肌肉长度总是稍许大于平衡长度，所以放松的肌肉也保（也称最适长度）：指肌肉收缩成分产生最大收时，收缩成分的张力最大。
时，肌肉能恢复原长。
i=2.5 时，肌肉收缩力三、肌肉长度与肌肉收缩力量的关系—指肌肉收缩前的初长度对肌肉收缩（三）肌肉长度—总张力的关系（Ft— i曲线，P55图2-32）Ft = Fc + Fp分析：1、 i≤ 时，若肌肉收缩，Ft = Fc（此时Fp = 0）2、 i= o时，Fc = Fc max，则Ft =Fc max + Fp3、 i＞ o时，Fc减小，Ft一般减小。
Δ = 时为缓冲和超越器械（二）肌肉离心收缩力—速度的关系：（P60图2-37）随着肌肉被拉长速度的增加，肌力也增加，F∝V“切断”粗细肌丝连合所需的力要比保持等长收缩的力更大。
运动生物力学
运动生物力学运动生物力学是研究生物体在运动过程中所受到的力学效应及其变化规律的学科。
它综合运用生物学、物理学和力学原理，旨在揭示生物体在运动中的运动规律、力学特性以及对运动性能的影响。
一、引言运动是生命的基本属性之一，无论是人类还是动物，在日常生活中或者进行专业运动训练时，身体的各个组成部分都会发挥各自的特性，协同工作来实现运动的目标。
在运动过程中，运动生物力学通过量化分析生物体的力学原理和运动机制，帮助我们更好地了解运动的本质和规律。
二、运动生物力学的研究对象1. 人体运动生物力学人体运动生物力学是研究人类运动机能与运动方式之间的关系，以及不同因素对人体运动表现的影响。
它包括人体力学、人体骨骼肌肉系统的力学特性以及人体运动控制等方面的研究。
通过对人体运动的力学特性的研究，我们可以深入了解人体在不同运动状态下的运动规律和调控机制。
2. 动物运动生物力学动物运动生物力学是研究动物运动机制、力学特性以及运动适应性的学科。
不同种类的动物在生存和繁衍过程中，都会进行各种类型的运动，如捕食、逃避、繁殖等。
通过运动生物力学的研究，我们可以揭示动物在不同运动状态下的动作规律、运动策略以及运动适应性等。
三、运动生物力学的应用1. 运动训练与康复运动生物力学为运动训练和康复提供了科学依据。
通过对运动的力学特性的分析，运动生物力学可以帮助运动员或者康复者更好地掌握正确的运动方式和姿势，减少运动损伤的风险，提高运动技能和康复效果。
2. 设备设计与评估运动生物力学可以应用于运动器械和装备的设计与评估。
通过分析不同运动环境下的力学特性，可以为设备的改进和研发提供指导，并评估设备对运动表现和运动风险的影响。
3. 运动生理与运动医学研究运动生物力学为运动生理和运动医学的研究提供了重要的理论基础。
通过对运动过程中的力学变化和机制的研究，可以揭示运动对器官功能、代谢过程以及心血管系统等的影响，进一步推动运动生理学和运动医学领域的发展。
08级运动生物力学讲稿（第二章1、2）
3、质量与重量的关系是：W = MG（G = Mg） 4、绝对质量与相对质量：
人体各环节的质量叫做各环节的绝对质量；各环节的绝对质量与人体总 质量之比叫做各环节相对质量。 （二）重量
重量通常指重力的大小，包括人体总重量和人体环节重量。人体环节的 重量称为环节绝对重量，环节绝对重量与人体总重量之比叫做环节相对重 量。
第二节 人体惯性参数 一、人体惯性参数的概念和意义 （一）概念：人体惯性参数是描述人体整体或环节惯性的基本物理量，包括 人体整体及环节的质量、质心（重心）位置、转动惯量及转动半径等。 （二）确定人体惯性参数的意义：
是建立人体模型，进行人体运动力学及运动损伤与预防方法研究的基础 参数，在体育、国防工业、医学、康复等领域具有广泛的应用价值。
唐山师范学院体育系理论课讲稿
2、物理意义：I 是量度转动物体惯性大小的物理量，用以描述物体保持原
有转动状态的能力。
I 是标量，单位是 kg·m2 3、影响转动惯量大小的因素：
（1）全部质量（m 越大，I 越大）。 （2）质量分布（形状，mi 与轴的距离）
（3）转轴位置（对同一刚体，转轴不同，I 不同） 指出物体转动惯量的大小时，必须同时指明是相对哪一转动轴而言。
例如跳高运动员的踏跳时间与跳起高度的关系，最大相对起跳力与踏跳 时间的关系。
四、人体功能代偿和运动能力极限指标的不可计测性特征 （一）人体生理功能代偿能力是指人体某些组织器官在部分损伤后，其正常 部分的细胞、组织可完成整个组织器官的正常生理机能。
例如：1/5 肝脏、一只肾、2/5 肺叶，一个大脑半球等可维持正常生理 活动。说明正常人体的生理活动只保持在一定水平上，尚有相当一部分潜能 没有发挥出来。
生物器官力学知识点总结
生物器官力学知识点总结1. 细胞力学细胞力学是生物器官力学的基础，它研究细胞内部各种生物分子和结构对力学作用的响应。
细胞的力学性质受到细胞骨架、细胞膜和细胞质等结构的影响。
通过研究细胞力学，可以了解细胞在生理和病理情况下的变化，对于癌症、心血管疾病等疾病的治疗和预防具有重要意义。
2. 组织力学组织力学研究组织的结构和功能对外力的响应。
生物体内的组织包括肌肉组织、骨骼组织、软组织等，它们在生物器官的运动、支撑和保护功能中发挥着重要作用。
研究组织力学可以帮助人们更好地理解和控制生物体内组织的运动和变形，对于生物力学建模和仿生机器人等领域具有重要意义。
3. 器官力学器官力学是研究器官结构和功能在生物体内受力和运动的特性。
生物器官包括心脏、肺部、肝脏等，它们在人体内的运动和功能调节中发挥着重要作用。
研究器官力学可以帮助我们更好地理解器官的结构和功能，对于疾病的诊断和治疗具有重要意义。
4. 生物力学建模生物力学建模是将生物力学性质转化为数学模型，进而进行预测、分析和优化的一种方法。
它是生物器官力学研究的重要工具之一，可以帮助人们更好地理解生物体内的力学特性和运动规律。
生物力学建模在生物医学工程、生物材料等领域有着广泛的应用。
5. 生物力学实验生物力学实验是通过实验手段研究生物器官的力学性质和功能。
生物力学实验包括力学测试、生物组织工程、显微影像、生物传感器等多种手段，可以用来研究生物器官的材料特性、结构形态、生理功能等方面。
生物力学实验在生物医学研究、药物研发等领域有着重要作用。
6. 生物器官力学在医学中的应用生物器官力学在医学中有着广泛的应用。
通过研究生物器官的力学特性，可以帮助医生进行疾病诊断、治疗方案设计和手术操作规划。
此外，生物器官力学还可以帮助人们设计和制造生物材料和生物器官，用于替代或修复受损的器官，对于生物医学工程和再生医学具有重要意义。
7. 生物器官力学的发展趋势随着生物技术和医学技术的不断发展，生物器官力学也将不断取得新的突破。
运动生物力学知到章节答案智慧树2023年滨州医学院
运动生物力学知到章节测试答案智慧树2023年最新滨州医学院第一章测试1.运动生物力学研究人体运动器械的生物力学特性、人体运动动作的力学规律以及运动器械机械力学规律的科学。
参考答案:对2.（）是根据人体的解剖、生理特点和力学性质，用力学原理和方法探讨人体机械运动的规律，研究合理的运动动作技术，分析各种疾病造成的运动功能障碍，分析运动损伤的原因、机理，为制订合理的治疗及康复方案提供依据，是研究人体在运动损伤和疾病预防、治疗、康复过程中运动规律的科学。
参考答案:康复生物力学3.轮椅、支具等辅助技术的力学规律研究包括参考答案:轮椅的动力、与使用者的交互;拐杖的材料、作用力大小;运动装备的研究，包括运动鞋、护具、紧身衣等;上、下义肢的生物力学规律研究4.运动生物力学的实验方法可以测量的（）参数。
参考答案:人体惯量参数;人体生物力学参数;人体运动学参数;人体力学参数5.运动学（Kinesiology）是理论力学的一个分支学科，运用几何学的方法来研究物体的运动，主要研究质点和刚体的运动规律。
参考答案:对6.运动学通过位置、速度、加速度等物理量描述和研究人体和器械的位置随时间变化的规律或在运动过程中所经过的轨迹，并考虑人体和器械运动状态改变的原因。
参考答案:错7.运动员绕正常400m一圈田径场跑完一圈所需要的时间是50s，求运动员的平均速度是8m/s。
参考答案:错8.人体整体或环节围绕某个轴转动时转过的角度叫（）参考答案:角位移9.运动学特征包括：（）。
参考答案:时间特征;空间特征 ;时空特征10.动力学是解释人体运动状态发生改变的原因，对产生运动进行本质研究。
（）参考答案:对11.人体内力虽然可引起人体力学系统各部分之间的相互作用，但不能引起人体整体运动状态的改变。
（）参考答案:对12.若将人体确定为研究对象，即人体力学系统，那么外界对人体作用的力称人体外力。
它可以引起人体由静止状态改变为运动状态。
（）参考答案:对13.力是引起和维持物体运动的原因。
运动生物力学
运动生物力学作业一、名词解释：1.运动生物力学：运动生物力学是以人体解剖学、人体生理学和力学的理论与方法，研究人体运动器系的生物力学特性和人体运动动作的力学规律以及器械机械运动力学规律的科学。
2.肌肉的松弛：被拉长的肌肉，随着时间的延长，其弹性形变力逐渐下降的现象（特性）。
3.相向运动：人体在腾空状态时，若身体部分环节以11“绕某轴发生转动，则必有另一些环节以咕辽绕同一轴作反方向转动，且满足1「1 •丨2'2 = 0，这种现象称相向运动。
（与手抄的不同，以手抄为准）4.鞭打：手部游离（或持物），上肢作类似鞭子急剧抽打的摆臂动作过程。
5 •动态支撑反作用力：人体处于支撑状态时，由于人体局部环节的运动而给支点以作用力时，支点给人体的反作用力。
6.牵连速度：研究人体或器械运动时，动参照系相对于静参系的运动速度。
用Vt 表示。
7.人体重心：人体全部环节所受重力的合力作用点。
8.骨疲劳：反复作用的循环载荷超过某一生理限度时会使骨组织受到损伤，称为骨疲劳。
9.补偿运动：当人体的总重心在不适宜的方向上发生位移时，人能够在一定范围内把身体重心向相反方向移动以保持人体平衡。
10.稳定角：重力作用线同重心与支撑面边界相应点的连线的夹角。
11.腾起速度（起跳速度）：指起跳脚蹬离地面瞬间身体重心的速度大小。
12.爆发力：人体在短时间内快速的将生物化学能转换为机械能，对外输出强大功率的能力。
（爆发式用力需要人体的瞬时功率较大或最大。
）13.流体压差阻力（形状阻力）：由于流体流经物体时，流动状态的改变，形成涡旋，使物体前后产生压强差所引起的阻力。
14.:有限稳定平衡：人体偏离平衡位置后，在某一位置范围内能恢复平衡，超过限度则失去平衡。
15.静态支反力：人体处于静止状态，由于重力作用使人体对支点产生压力，而支点对人体产生的反作用力。
16.马格努斯效应：当球体在流体中既有平动又绕自身重心转动时，球体将作一种曲线运动。
、简答题:1.运动生物力学研究方法包括哪几种？研究方法的指导思想是什么？运动生物力学研究的发展趋势是什么？目前运动生物力学研究的四个层面是什么?答：研究方法：系统的方法、生物学方法、物理力学的方法相互渗透、融合而研究人体运动的因果关系。
运动生物力学_运动生物力学概述
• 中华人民共和国成立之后，1956-1958年间苏联专家 贝柯夫在北京体育学院外交部研究班曾讲授过有关人 体重心的计算及有关运动技术分析的机能解剖学内容。
• 3）力学量在人体内的传递是通过肌肉、骨 骼、关节链壮系统之间的相互作用来完成 的。
• 4）国内拥有自主知识产权的运动生物力学 测量与分析系统很少，且技术水平不高。
• 5）影像分析中人体关节点的智能判别技术 问题、人体质量几何分布的个体化模型问 题等，尚未解决。
运动生物力学的发展简史
• 古希腊的哲学家和自然科学家阿里亚里斯 多德（公元384-322年）就对生物体的运动 发生了兴趣，注意在日常生活中观察人和 运动的力学问题。
5、运动生物力学是研究人体运动力学 规律的科学，它是体育科学的重要组 成部分。
二、运动形式
两种运动形式： 一种是简单的、低级的运动形式。例如，物 理运动、化学运动、机械运动等。 另一种是复杂的、高级的运动形式。例如， 生物运动，人还有更高级的运动及其产物， 即思维。
三、人体运动的复杂性
人体运动是自然界最复杂的现象之一，活 的人体就其本质是一个开放的、复杂的巨 系统。
二、运动生物力学课程任务
深刻理解体育动作的生物力学原理，探索 运动技术的力学规律。
扩大知识视野 学习从事运动技术科学研究的生物理论和
方法。
三、运动生物力学的课程内容
运动生物力学绪论 人体运动器系的生物力学特性 人体惯性参数 人体平衡的生物力学 人体运动的运动学 人体运动的动力学 人体运动的流体力学 人体基本动作结构的生物力学 运动生物力学的研究方法和测量技术 运动生物力学教学实验
《运动生物力学》读书笔记思维导图
北京体育大学高等教育体育学精 品教材骗委会
教材编写组
第一章 绪论
一、运动生物力学的 概念
二、运动生物力学与 相关学科的关系
三、运动生物力学的 任务
四、运动生物力学进 展
第二章 人体运动的力学基础
第一节 人体运 1
动中的运动学
第二节 人体运 2
动中的静力学
3 第三节 人体运
动中的动力学
4 第四节 人体运
六、肌肉收缩的功与 功率
七、肌肉的拉长缩短 周期（Stretch-...
八、肌肉的固定和废 用性萎缩
第四章 人体基本运动原理
第二节 人体基本运 动原理
第一节 人体基本运 动形式
第三节 力量素质训 练的生物力学原理
二、下肢基本运动 形式
一、上肢基本运动 形式
三、全身基本运动 形式
0 1
一、杠杆原 理
的训练原则与 方法
第五章 动作技术的生物力学分析
0 1
第一节 动 作技术的生 物力学原理
0 2
第二节 动 作技术分析 的一般生物 力学方法
0 3
第三节 走 的生物力学
0 4
第四节 跑 的生物力学 分析
0 6
第六节 投 掷的生物力 学分析
0 5
第五节 跳 的生物力学 分析
一、动作技 术的生物力
学原理
动中的转动力 学
5 第五节 人体运
动中的流体力 学
二、人体运动学的 基本概念
一 、运动的相对性 及参考系
三、运动的形式及 其描述
一、人体运动 1
中的力
二、力系的简 2
化
3 三、平衡的力
学条件
4
四、重心
5 五、下支撑稳
运动器系的生物力学ppt课件
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
（一）生物运动链
1．生物运动偶： 两个相邻环节之间的可动连接。
2．生物运动链： 两个或两个以上生物运动偶的 串联式连接。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
3．关节的灵活性和稳固性。 （1）影响关节灵活性的因素： 关节软骨、关节腔、关节囊内的滑液、滑膜皱 襞、粘液囊等。 关节内滑液： 1/10s时，柔软的弹性体； 1/100s时，关节动作灵活； 1/1000s时，坚硬的“固体”。
（2）维持关节稳固性的因素： 骨骼、肌肉、韧带、关节囊、关节软骨和关节腔
内的负压等。 二、关节动力学
二、载荷的表现形式
1．拉伸载荷：自物体表面向外施加大小相等而方向相反的载荷。 2．压缩载荷：向内加于物体表面的大小相等而方向相反的载荷。 3．弯曲载荷：使物体沿其轴线发生弯曲的载荷。 4．剪切载荷：使物体受到一对相距很近，大小相等，方向相反
力的载荷。
5．扭转载荷：使物体沿轴线产生扭转的载荷。 6．复合载荷：物体同时受到多种载荷的作用。
冲击载荷： 冲击载荷：当某一物体同
其他物体作用，使其速度在
交变载荷
极短时间内有很大改变时所 受的载荷。
交变载荷：随时间作周期性 的改变并且多次重复地作用 在物体上的载荷。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
肌肉活动对骨应力的影响
✓ 骨承受载荷时，附着于骨骼上的肌肉收缩可改变 骨的应力分布情况。肌肉收缩产生的压应力能部分或 全部抵消作用于骨骼上的张应力。
第2次课运动器系的生物力
作业
• 1、试举体育实例说明载荷的表现形式有哪 几种？ • 2、试分析骨疲劳的特征和产生的过程及原 因？
关节软骨、韧带、肌腱的生物力学特性
• 一、关节软骨力学特性 1、关节的作用 1）保证人体的运动 2）传递力 2、关节软骨独特的力学特点 1）使力在关节中的传递变得均匀 2）使关节更灵活且少受磨损
• 5、扭转 载荷加于物体上使其沿轴线产生扭曲时， 即形成扭转。 如：旋转出手时， 小腿受力。 • 6、复合载荷 复合载荷是指物体同时受到多种载荷的 作用。如：人体髋关节的股骨颈断裂，它 承受压、弯、剪切力3种载荷。
二、应变
• 物体在受到外力作用时，其中任意两点 间的距离和任意两直线或两平面问的夹角 会发生变化，它们反映了物体的尺寸和几 何形状的改变，称之为变形。但这种变形 是很微小的。ε称为线应变。
（二）肌肉长度与肌肉收缩力量的关系
• • • •
1）收缩成分的长度—张力关系； 2）并联弹性成分的长度—张力关系； 3）肌肉长度—总张力的关系； 4）串联弹性成分对肌肉收缩长度—张力曲 线的影响
三、肌肉收缩的力—速度关系
• （一）希尔方程 (a+P)(V+b)=b(P0+a) • （二）肌肉离心收缩的力—速度关系 可把离心收缩时的力—速度曲线看成是 向心收缩曲线的延伸。
影响韧带和肌腱力学特性的因素
① 韧带和肌腱的材料性质力学与温度、加载 速度、应变量等实验条件密切相关。 ② 韧带的强度和刚度受应力大小影响 ③ 运动训练对韧带力学性质的影响 ④ 年龄对韧带力学性质的影响 ⑤ 时间对韧带力学性质的影响
人体关节力学
一、关节运动学 1、 关节的基本运动形式（屈伸、收展和旋 转） 2、 关节运动幅度及测量方法（角度表示） ①影响关节运动幅度的因素（关节面弧度 差、关节周围软组织的结构及力学特性） ② 关节运动幅度测量方法（摄影测量、 录像测量、关节测量仪、电子关节角度仪 等）
运动生物力学
运动生物力学运动生物力学一、名词解释1、运动生物力学：作为体育科学学科体系中的一门交叉学科，是以机能解剖学、运动生理学和力学的理论与方法，研究人体运动器系的生物力学特征、人体运动动作的力学规律以及运动器械机械力学规律的学科。
2、人体惯性参数：指人体整体及环节的质量、质心（重心）位置、转动惯量及转动半径。
3、转动惯量：是衡量物体（人体）转动惯性大小的物理量。
公式 r m i i n i J 21?=∑= 4、惯性参考系：指以地球或相对于地球静止不动的物体或做匀速直线运动的物体作为参考系，又称静参考系。
5、非惯性参考系：指以相对于地球做变速运动物体，或者说以相对于惯性参考系做变速运动的物体作为参考系，又称动参考系。
6、瞬时速度：人体在某一时刻或通过运动轨迹某一点时的速度。
7、人体内力：若将人体看做一个生物力学系统，则人体内部各部分相互作用的力。
（肌肉力、组织粘滞力、韧带张力、关节约束反作用力）8、人体外力：若将人体看作一个生物力学系统，来自于外界作用于人体的力。
（重力、弹性力、摩擦力、支撑反作用力、介质作用力）9、拉伸载荷：是沿骨的长轴方向，自骨的表面向外施加相等而反向的载荷，在骨内部产生拉应力和拉应变。
（单杠悬垂时上肢骨的受力）。
10、压缩载荷：是在骨的长轴方向上，加于骨表面的向内而反向的载荷，在骨内部产生压应力和压应变（举重举起后上肢和下肢骨的受力）11、应力松弛：当物体突然发生应变时，若应变保持一定，则相应的应力会随时间的增加而下降。
12、转动定律：刚体绕定轴转动时，转动惯量与角速度的乘积等于作用于刚体的合外力矩。
βJ M =13、鞭打动作：在克服阻力或自体位移过程中，肢体依次加速与制动，使末端环节产生极大速度的动作形式。
14、蹬伸动作：人体在有制成的状态下，下肢各环节积极伸展，配合以正确的摆臂技术，给支撑面施加压力，以获得较大支撑反作用力的动作过程。
15、稳定角：是重力作用线和重心至支撑面相应边界的连线之间的夹角。
(整理)运动生物力学讲稿第二章
3、各向异性和应力强度的方向性：各向异性是指骨在不同方向上的力学性质不同，（多孔结构所致）。
应力强度的方向性表现在骨密质与骨松质刚性的差别和各向异性使骨对应力的反应在不同方向上各不相同。
4、耐冲击力和耐持续力差：骨对冲击力的抵抗和持续受力能力较其它材料差。
抗疲劳性能也差。
5、应力对骨结构的影响：外加机械力改变骨结构中的应力。
而应力通常与骨组织之间存在着一种生理平衡。
（四）影响骨疲劳的因素和疲劳曲线：骨骼上的应力，起到保护骨骼的作用。
（二）体育锻炼可促进骨的形态结构发生变化，提高骨抵抗载荷的能力。
、肌肉收缩成分收缩力的大小，主要取决于参与收缩的横桥数目。
、静息长度 o时，粗、细肌丝处于最理想的重叠状态，使收缩时起作用的横桥数目达到最大，此时肌肉收缩能产生最大的张力。
肌节全拉长时约为4.0mm，全部重叠时长1.5mm。
（二）并联弹性成分的长度—张力关系（P54图2-31）、肌肉放松状态时 i≤ （肌肉处于平衡长度或小于平衡长度）Fp = 0（无被动张力）（三）肌肉长度—总张力的关系（Ft— i曲线，P55图2-32）Ft = Fc + Fp分析：1、 i≤ 时，若肌肉收缩，Ft = Fc（此时Fp = 0）2、 i= o时，Fc = Fc max，则Ft =Fc max + Fp3、 i＞ o时，Fc减小，Ft一般减小。
Δ = 时为缓冲和超越器械（四）串联弹性成分对肌肉收缩长度—张力曲线的影响。
、肌肉在小于平衡长度时收缩（ i＞ ），串联弹性成分被拉长，起缓冲作用。
（力的传导）串联弹性成分的拉长量。
（起止点不变）Fc。
、肌肉预先拉长后收缩（先离心后向心）拉长时串联弹性成分被拉长，贮存一部分弹性势能，缩短时释放出来。
（二）肌肉离心收缩力—速度的关系：（P60图2-37）随着肌肉被拉长速度的增加，肌力也增加，F∝V“切断”粗细肌丝连合所需的力要比保持等长收缩的力更大。
、收缩的粘滞性摩擦作用。
W = F·S生理功（内功）—摩擦产热机械功（外功）—力在空间的累积效应。
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(一)渗透性
关节软骨是一种粘 弹性材料，但它与 众不同的特点在于 关节软骨为多孔材 料，组织间隙中充 满着液体，在应力 作用下，液体可在 组织中流进流出
第一种液体输送机制是隙闭液体可以借助于组织两边液体的正压力梯 度终过多孔的可渗透基质后输送。液体的输送与压力梯度成正比(图 2—18 A)；第二种液体输送机制是软骨基质的形变(图2—18 B)．
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4. 耐冲击力和持续力差 不同载荷作用时，若在骨中所引起的张力分布一样，但 效果不一样，两者相等时，冲击力在骨中引起的变化较大， 也就是说，骨对冲击力的抵抗比较小。另一方面，骨的耐持 续性能比较差，同其他材料相比，抗疲劳性能亦差。 5．机械力对骨结构的影响 在骨承受载荷的限度内，成人骨对机械力的反应是由应 力的值所决定的。骨对生理应力刺激的反应往往处于平衡状 态，应力越大，骨的增生和密度增厚越强。
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（7）冲击载荷
骨在冲击载荷作用下产生损伤的程度和损伤的形式，一 方面取决于冲击载荷具有的能量大小，另一方面还取决于 冲击载荷作用的时间，冲击能力越大造成的骨损伤越厉害 。骨承受冲击能力的大小与骨的结构关系密切。有人进行 骷实验比较，发现头颅骨耐冲击能力要比长骨高40％左右 ，其原因一方面在于颅骨为扁骨，内外表面是密质骨骨板 ，中间一层海绵骨具有吸收冲击能的作用；另一方面颅骨 呈薄壳状结构，具有良好的承受外部载荷的能力。
。
• 若应力保持一定，应变随着时间 的增加而增大，称为蠕变。 • 对物体作周期性加载和卸载，加 载和卸载时的应力-应变曲线不 重合，称为滞后。
粘弹性材料的应力应变与时间关系曲 线
第二节 骨的生物力学特性
骨骼系统的作用是保护内脏器官，支持人体，为骨骼肌 提供附着部位，以利于肌肉工作和人体运动。
一、骨组织的生物力学特性
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3．骨密质的力学性质与年龄、性别的关系 骨密质的年龄与性别特征在骨的生理学、病理学及临床研 究中具有重要的意义。虽然骨平均密度男性与女性没有显 著性差异(表2—2)，但在骨的生长过程中，骨密质的密度 随年龄而变化。特别是女性，在24～85岁范围内密度降低 约8％。一般说，男子骨密质的抗压缩强度在26岁左右时最 低，到31岁左右最大，然后随年龄的增加而逐渐下降。
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(二)骨组织的力学特性
1．各向异性 骨的结构为中间多孔介质的夹层结构材料。 2．弹性和坚固性 骨组织中大约有25％～30％是水，其余70％，75％是无
机物和有机物。有机成分组在有机物的网状结构中，使骨具有坚固性，能承 受各种形式的应力。
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骨疲劳的特征有 第一，疲劳性骨折或永 久性弯曲(塑性形变)； 第二，周期性载荷引起 的骨折，开始于应力集中点 ，形成蚌壳式 裂纹； 第三，疲劳过程如图； 第四，重复载荷的 第五，骨的疲劳极限可 以通过疲劳试验加以测定， 约为3.45 kN／cm2。 第六，疲劳寿命随载荷增 加而减小，随温度升高亦减 小，而随密度的增加而增加。
应力应变曲线
• 应力-应变曲线是描述材料力学性质的曲线。 它反映了材料在加载过程中受力和变形之间的 关系。 为了确定一种材料的力学性能，通常将该材料制 作成一定的形状—称为“试件”，将此“试件 ”在专门的仪器上施加载荷，直至破坏。在加 载过程中连续记录载荷和应变，绘制成曲线， 纵坐标代表应力（载荷），横坐标代表应变（ 变形），这就是应力-应变曲线。
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三、骨疲劳 人在不断运动的过程中，骨会反复受力，当这种反 复作用的力超过某一生理限度时会使骨组织受到损伤，这 种循环载荷下造成骨的损伤为疲劳性损伤。所有物质，其 载荷和重复作用的关系都能作成一条疲劳曲线 。有些物 质(如某些金属)， 它们的疲劳曲线是渐近的，这说明如 果载荷保持低于某一水平的话，不管重复的次数多少，此 物质将仍保持完好，对于实验中的骨，曲线不是渐近的， 因为骨在经受低载荷重复作用时，可产生疲劳性微骨折。
• 强度 结构破坏前所能承受的变形；结构破 坏前所能承受的载荷；结构在破坏前所能 贮存的能量； • 在应力应变曲线上用极限断裂点来表示由 载荷和变形所表达的强度；整个曲线下方 的面积表示由贮存能量所表达的强度； • 刚度 弹性范围内曲线的斜率表示结构的刚 度。
粘弹性材料的三个特点：
• 若应变保持一定，则应力随着时 间的增加而下降，称为应力松弛
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3．骨是人体理想的结构材料
表2-1 人胫骨与其他材料比较 物理性能 密度／g.cm-2 沿纵轴的最高张力强度／ N.cm-2 沿纵轴的最高压力强度／ N.cm-2 垂直纵轴的切变强度／ N.cm-2 平行纵轴的切变强度／ N .cm-2 钢 7.8 41571.6 41552 34398 — 骨 1.87～1.97 9114 ～ 11 760 11858 ～ 20 580 11662 4949 花岗石 洋松 2.6 0.63 490 632.1 13 230 4 155.2 1381.8 1 038.8 — —
载荷
• 人体在日常生活和体育运动中时刻 受到外力的作用，包括载荷和约束 力，载荷就是人体所受外力的一种
• 载荷可分为：拉伸、压缩、弯曲、剪切 、扭转和复合载荷。
载荷的几种形式
应变是变形量与原来尺寸的比值 载荷下人体发生相应的应变
• 应变是量度物体形变程度的量，分 为线应变和剪应变。
应力
物体在受到外力作用而变形 时，其内部各 质点间的相互作用力发生变化。这种由 于外力作用而引起的固体内各质点之间 相互作用力的改变量，简称为内力。单 位面积上的内力称为平均应力，当面积 趋近于0时平均应力的极限称为应力。 应力分为垂直于截面的法向分力和沿着截 面方向的切向分力。
2、物理化学属性的影响 （1）骨具有两种最基本的物理属性。 即硬度和弹性。骨之所以能具有一定的硬度和一定的 弹性，取决于骨的化学成分。成人枯骨由含有1／3的有机 物(胶原纤维)和2／3的无机物(主要是钙和磷等)组成。 （2）有机物使骨具有弹性 无机物则使骨坚硬而脆，它能提高骨的强度。骨内的 有机物和无机物的比例，随着年龄和生活条件而异，年龄 越小，骨内有机物相对较多，因此小儿骨的弹性较大，较 易发生变形。老年入骨无机物相对增多而变得脆弱，较易 发生骨折。
产生扭曲。当骨发生扭转时，整
个骨都有剪应力分布，且剪应力 的量值与其距中性轴的距离成正 比，距中轴越远，剪应力越大。 图2—11是成人骨密质试样压缩、
拉伸和剪切试验时的极限应力比
较。
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(6)复合载荷 物体同时受到多种载荷 的作用。活体骨承受载荷是 很复杂的，多属于复合载荷 。在人的日常生活和体育运 动中，骨干上的载状况并非 是单一的载荷，作用在体内 骨的载荷是复杂多变的，往 往是多种载荷的复合。例如 ，人体髋关节的股骨颈断裂 时，它是压、弯、剪切力3 种载荷的复合。
，较多的材料聚集在网格壁上，结构转变为片状的较致密的 网格。中等相对密度的骨松质结构是针状和片状网格混合而 成。
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在压缩情况下，骨松质的应 力一应变曲线(图2一13)与典 型的蜂窝状固体的应力—应 变曲线相似。曲线可分为3个 部分，初始的线部分，中部 的较平稳阶段和最后的突增 阶段。据报道．骨松质的抗 压缩强度与其密度的平方成 正比。当相对密度增加时， 骨松质的杨氏模量和抗压强 度增加。
骨密质是一种由骨单位、骨间质系统和有机的粘弹性的
联接物质共同构成的复合材料。 骨松质则是由许多针状和片状的骨小梁相交织成网格形 的蜂窝状固体。骨松质与骨密质的结构不同，其力学性质也
截然不同。
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（一)骨密质的力学性质
1．应力一应变关系 屈服点（B)，即过此点 骨就会发生某种持久变 形，极限断裂点(C)．即 过此点标本发生破坏。
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(3)弯曲
当骨承受弯曲载荷时，骨要同时受到拉伸和压缩，而
且骨有一中性轴，在中性轴的凹侧的骨受压缩应力，凸侧 受拉伸应力。在中性轴上没有应力。应力的大小与至骨干 中性轴的距离成正比．距中性轴越远，应力越大。由于骨 是不对称的，所以拉伸应力与压缩应力可不相等。骨受外
力作用而弯曲往往是造成骨伤和骨折的原因之一，尤其是
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第三节 关节软骨、韧带、肌腱的生物力学特性
一、关节软骨的力学特性 关节是人体中重要的骨与骨可动连接，是活动杠杆的支 点。关节的作用一是保证人体的运动，二是传递力。
在有滑液的或能自由运动的关节内，被连结的骨的末端 被1～5 mm厚致密无色的结缔组织和关节软骨所覆盖。
关节软骨既使力在关节中的传递变得均匀，又提供了润 滑良好的关节面，使关节能灵活运动而且少受磨损。 一 般来说，关节软骨是一种各向异性、非均匀、粘弹性、充 满液体的可渗透物质。
应力-应变曲线模式图
应力—应变曲线阶段划分
• （一） 弹性阶段： （ A—B）卸载后变形能完 全恢复，为弹性变形。 • 应力超过弹性极限后，若除去外力，将留有残 余变形。 • （二）屈服阶段：（ B—C）：曲线的坡度逐 渐减小，即材料对于变形的抵抗力逐渐减弱。 • 材料的屈服：变形继续增长而应力并不增加 • 残余变形（塑性变形）：如果材料达到屈服 ，卸载之后就不再回复到原状。
第二章运动器系的生物力学特性
本章主要内容
1、人体骨、关节软骨、韧带、肌腱、关节及骨骼肌的生物 力学特性； 2、运动器系整体的生物力学特性及在运动中骨、关节、肌 肉的相互作用规律；
3、人体运动动作结构与动作系统的构成与特点。
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第一节 材料力学基础
• 人体在日常生活和体育运动中时刻受 到外力的作用，在外力在以下材料具 有哪些重要的性质？
冲击弯曲影响更大。